ECHO REVOLVE顯微鏡在環(huán)境鎘、細(xì)菌和宿主相互作用研究中的應(yīng)用
前言
環(huán)境鎘的膳食攝入量高，生物半衰期長，直接或通過腸道微生物群損害生理功能，是一種嚴(yán)重的健康風(fēng)險。然而，環(huán)境鎘對微生物和宿主系統(tǒng)的毒性機(jī)制尚不清楚。中科院營養(yǎng)代謝與食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家在《Hazardous Materials》雜志聯(lián)合發(fā)表了一篇名為《Cadmium accelerates bacterial oleic acid production to promote fat accumulation in Caenorhabditis elegans》的文章，本研究建立了三個線蟲和大腸桿菌培養(yǎng)系統(tǒng)，以研究微生物在鎘誘導(dǎo)的脂質(zhì)毒性中的重要作用，闡明了鎘通過細(xì)菌代謝物在體內(nèi)誘導(dǎo)脂質(zhì)積累的機(jī)制，并揭示了環(huán)境鎘、微生物和宿主之間的相互作用。
本研究使用ECHO REVOLVE正倒置一體熒光顯微鏡（RVL-100-G，Discover ECHO，US）檢測VS29蠕蟲的GFP熒光。激發(fā)和檢測波長分別為470–495 nm和510–550 nm。使用圖像處理和分析軟件對熒光圖像進(jìn)行分析，計算其平均熒光密度。
圖A ECHO REVOLVE正倒置一體熒光顯微鏡拍攝轉(zhuǎn)基因VS29蠕蟲中GFP：dgat-2表達(dá)的代表性圖像（左圖）和相對定量（右圖）（n≥ 15） 在成年期的第1、3、5和7天。比例尺：210µm。
研究表明，鎘暴露導(dǎo)致細(xì)菌代謝物的組成存在顯著差異。油酸被確定為表達(dá)差異最大的代謝物。鎘暴露顯著增加了油酸的含量，表明鎘具有特定的誘導(dǎo)效應(yīng)。通過在正常和代謝失活系統(tǒng)中直接添加到秀麗隱桿線蟲，進(jìn)一步證實(shí)了油酸對體脂積累的影響。因此，研究發(fā)現(xiàn)鎘誘導(dǎo)的復(fù)合差異（尤其是油酸的增加）而不是數(shù)量變化介導(dǎo)了鎘對宿主的影響。除了油酸的產(chǎn)生外，還發(fā)現(xiàn)低劑量鎘暴露可提高細(xì)菌中油酸合成相關(guān)基因（fabA、fabB、fabD、fabG、fabH、fabI、fabZ和accA）的表達(dá)。并且添加油酸增加了秀麗隱桿線蟲的脂質(zhì)合成和代謝相關(guān)基因（fat-5、fat-7、acs-11和sbp-1）的表達(dá)，這與鎘暴露線蟲中的現(xiàn)象相似。值得注意的是，與鎘暴露不同，油酸對秀麗隱桿線蟲體內(nèi)脂質(zhì)積累的影響是直接且獨(dú)立于培養(yǎng)系統(tǒng)的，這表明升高的細(xì)菌油酸是環(huán)境鎘促進(jìn)宿主體內(nèi)脂質(zhì)積累的效應(yīng)器。綜上所述，本研究提出了一個模型來說明環(huán)境鎘、細(xì)菌和線蟲之間的相互作用。本研究首先集中于環(huán)境中低劑量鎘引起的細(xì)菌代謝產(chǎn)物改變及其對鎘暴露與宿主毒性之間關(guān)系的影響。
本研究還探究了維生素D3在鎘誘導(dǎo)的脂肪積累中的作用。補(bǔ)充維生素D3可顯著降低低劑量鎘加速的秀麗隱桿線蟲體內(nèi)的脂肪含量，表明補(bǔ)充維生素D3有可能防止環(huán)境鎘暴露引起的脂肪異常積累。
研究亮點(diǎn)：
▶ 本研究發(fā)現(xiàn)在有活細(xì)菌系統(tǒng)中的線蟲，鎘提高了細(xì)菌代謝產(chǎn)物油酸的產(chǎn)生，并提高了其合成基因的表達(dá)。從而進(jìn)一步促進(jìn)了線蟲脂肪代謝相關(guān)基因的表達(dá)和脂肪沉積。
▶ 本研究發(fā)現(xiàn)了維生素D3的潛在保護(hù)作用，可以顯著防止鎘或油酸誘導(dǎo)的脂肪沉積，可以降低環(huán)境鎘的脂質(zhì)毒性，這些發(fā)現(xiàn)為鎘引起的健康風(fēng)險和毒理學(xué)機(jī)制提供了深入的見解。
原文：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126723
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