可视化技术揭示寄主体内病原菌铁载体的分布差异
作者：万文，南京农业大学硕士在读，主要研究铁载体介导植物与根际微生物的互作关系。
1、利用最新的技术，高性能基质辅助激光解吸/电离傅立叶变换离子回旋共振成像质谱（MALDI FT-ICR IMS），绘制感染区域铁载体的分布图，更加直观清晰的把结果展示给读者。
2、打破常规思维，一般认为被侵染宿主体内的感染部位呈现均一的缺铁状况，但本文给出有力证据，事情并不是那么简单，病变部位呈现铁分布的不均一性，菌株相应分泌不同铁载体，不同程度地吸收铁营养。
1. 金黄葡萄球菌铁载体SA、SB的差异分布
金黄葡萄球菌感染宿主后，感染部位形成组织脓肿，脓肿结构（SAC）由金黄葡萄球菌脓肿群落组成，它们由坏死以及健康的免疫细胞层与宿主的其他组织分隔开（图1A）。在铁营养限制的环境中，金黄色葡萄球菌获取铁的机制包括血红素摄取，无机铁离子的运输和金黄葡萄球菌铁载体A（SA）和金黄葡萄球菌铁载体B（SB）的分泌。
本文选用野生型金黄色葡萄球菌感染小鼠，并在感染后7天后收获感染组织并在干冰上冷冻后对其进行连续切片，再进行H＆E染色，MALDI IMS和56Fe分析。两种铁载体都位于感染部位并扩展到SAC的周围，这表明金黄葡萄球菌在缺铁时会通过分泌铁载体增强自身对铁的吸收（图1 A-C）。如图所示，在脓肿之间可以观察到铁载体的生产差异，比较两种铁载体的分布，SA在大多数感染部位的患病率增加。但是有些感染部位SB相对丰度较高，表明这些部位的缺铁程度存在差异（图1D）。此外，铁素大部分被排除在感染部分为之外，说明铁素的成功鳌合。
图1 通过MALDI IMS展示感染区域铁载体SA和SB的分布
（A）H＆E染色后的脓肿，缩放显示包含SAC的脓肿形态（箭头）；（B）MALDI FT-ICR IMS显示出SA与感染部位共定位；（C）感染部位SB比SA更靠近SAC；（D）感染部位Fe分布与选定的SAC共定位（箭头）
为了进一步研究宿主与病原菌之间的铁营养竞争，使用集成了IMS，H＆E染色和荧光显微镜的多峰成像的方式比较心脏，肝脏和肾脏的病变程度、铁载体分布以及铁素分布。小鼠感染金黄色葡萄球菌10天后，出现组织脓肿（图2A-C）。GFP（绿色荧光蛋白）表达的荧光显微照片使得SAC对宿主铁螯合反应可视化，将H＆E染色后组织与铁分布情况进行比较，发现一些SAC与铁的分布位于同一位置，而有些SAC没有，该观察结果与前期得出的结论一致，即SAC的铁营养分布不均匀。在心脏脓肿中，SA延伸至脓肿以外，表明SA可以扩散至其他部位（图2B）。图中的这些情况都表明肝脏，心脏和肾脏组织脓肿中铁载体的产生情况并不相同。
图2 金黄色葡萄球菌感染10天后利用多模式成像表征了SA和SB在不同组织类型中的利用情况
（A）铁载体分布定位于金黄葡萄球菌铁资源匮乏的区域（蓝色箭头），铁分布共定位到荧光显微照片中缺少GFP信号的区域（白色箭头）；（B）心脏中的铁载体分布在脓肿之外；（C）从单个肾脏脓肿的放大图中可以观察到铁载体和铁分布以及铁营养的异质性
本文提供了病原菌金黄葡萄球菌入侵宿主遭受营养免疫后获取铁营养的独特见解，脓肿内的分子异质性可能导致了铁载体的差异分布，利用MALDI IMS这类的空间分子成像技术揭示了宿主组织中铁载体的分布，更加详细展示了宿主与病原菌之间的铁营养斗争，这项技术也可广泛应用于其他微生物领域，有助于读者更好地洞悉微观世界的瞬息万变。
论文信息
原名：Staphylococcus aureusexhibits heterogeneous siderophore production within the vertebrate host
译名：金黄色葡萄球菌在脊椎动物宿主内表现出不同的铁载体产生
期刊：Proc Natl Acad Sci U S A（PNAS）
IF(2020)：9.412
发表时间：2019.10
通讯作者：Eric P. Skaar
通讯作者单位：范德堡大学