股票 
板块 
用户 
资讯 对微生物研究而言，知道样本中“有哪些微生物”只是第一步。要理解微生物与宿主的关系，还需要把这些信号放回组织现场看清楚：它们位于哪些区域，邻近哪些细胞，又与哪些宿主分子变化同时出现？
FFPE样本保存了组织形态和空间结构，也积累了大量病理与研究资源。如果能在这类样本中同时读出宿主的转录信息，又捕捉到微生物的相关信号，就为宿主与微生物空间关联研究提供了一个新入口。
时空转录组FFPE同时解析微生物空间信号与宿主响应
华大智造时空转录组FFPE面向福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织样本，在获取宿主空间转录信息的同时，还能检测组织中的微生物相关转录信号。
将微生物相关信号与宿主基因表达、细胞类型和组织形态对应后，研究人员可以观察这些信号出现在哪些组织区域，以及相邻区域呈现怎样的宿主响应。
也就是说，微生物研究能回答的问题往前推进了一步：从“检出了什么"，空间信息推进到“在哪里检出”，以及“与哪些宿主特征相关”。
这一点之所以关键，是因为微生物在组织里分布不均，宿主的应答也只在局部发生。常规测序要把组织打碎、混在一起测，得到的是平均值，位置信息就丢了。
这类分析首先呈现微生物信号与宿主特征的空间共现和关联，具体生物学机制仍需结合独立实验进一步验证。
下面以小鼠小肠和结核分枝杆菌感染小鼠肺组织为例，分别展示该技术在共生微生物研究和感染微环境研究中的应用。
应用案例01
小鼠小肠的微生物空间分布与宿主关联
使用6-8周龄的小鼠小肠组织，沿纵轴剖开肠管、卷成瑞士卷（Swiss roll）状后，包埋制成FFPE样本。随后采用时空转录组FFPE对切片中宿主及微生物的total RNA进行原位捕获，从而构建肠-菌空间互作图谱。
1
FFPE深入解析小鼠小肠组织结构空间特征（图A）
基于小鼠小肠FFPE样本的空间基因表达信息，在CellBin维度完成多种细胞类型注释及空间定位；鉴定出Muribaculaceae、Lactobacillus、Bifidobacterium等典型肠道菌群；通过卷肠展开算法展开切片后，综合关键marker基因表达、细胞类型分布、布伦纳腺位置及肠段形态，将小肠划分为空肠（Jejunum）、十二指肠远端（Duodenum）和十二指肠近胃端（Pyloric）三个肠段。
图A：时空转录组FFPE精准定位了小肠中各细胞类型的空间分布，同时检测到多种典型小鼠肠道菌群
2
微生物在不同肠段上的特异分布（图B）
随后，对在不同肠段中特异分布的微生物进行筛选，发现十二指肠远端区域主要富集耐胆汁、蛋白水解和黏蛋白降解相关微生物；十二指肠近胃端区域则分布一些典型耐酸乳酸菌，可能与该区段低pH环境有关；H. suis和A. muciniphila等微生物则在三个肠段均匀分布，推测其具有较强的适应性。
图B：微生物在不同肠段上的特异分布
3
肠道微生物与肠道上皮细胞间的空间共定位关系（图C）
对微生物之间的空间分布一致性进行分析，发现功能一致的菌倾向于共同分布，如产丁酸菌群、乳酸菌类群；且这些微生物在不同肠段中的共定位关系存在一定差异。进一步对微生物与肠道上皮细胞类型进行空间关联分析，发现明确的空间极性。绒毛顶端成熟肠细胞（Mature ent）是微生物-上皮互作的主界面，隐窝区（TA / Paneth）则微生物显著减少；
图C：小肠微生物之间的空间共定位关系（a）以及肠道微生物与上皮细胞间的空间共定位关系（b）
4
肠道微生物与宿主基因互作关系解析
对微生物与肠道上皮中防御基因表达的空间共定位关系进行分析，发现乳酸菌/鼠杆菌/产丁酸菌定植区同时高表达Pigr、 Reg3b、Muc13三类防御基因，尤其是在十二指肠区域；肠道微生物富集的区域中，脂质吸收（Apoa4 / Fabp1 / Fabp2 / Mttp）、糖转运（Slc5a1 / SGLT1）、消化酶（Alpi / Lct）等功能或相关基因高表达。
图D：肠道微生物与宿主基因互作关系解析
本案例通过对小鼠小肠宿主及微生物Total RNA的原位检测，构建了肠-菌空间互作图谱，揭示了微生物的肠段特异性分布；进一步发现微生物富集区与防御基因高表达及营养吸收相关基因高表达空间重合，且互作呈现明显空间极性——绒毛顶端成熟肠细胞为主界面，隐窝区排斥微生物。为理解肠道菌群-宿主互作的区域化机制提供了直接的空间证据。
应用案例02
结核分枝杆菌感染肺组织的宿主与病原体时空解析
利用时空转录组FFPE对结核分枝杆菌（M.tb）感染后不同时间点的小鼠肺组织进行宿主与微生物联合检测，探索微生物的组织分布及其与宿主免疫响应的关联。
1
微生物空间检测与病理验证（图 A）
不同感染时间点的检测结果显示，肺组织中 M.tb 转录本的空间分布与病理染色结果一致，验证了该技术在 FFPE 组织中开展微生物空间检测的准确性。
图A：M.tb 转录本表达量与CFU有较好的对应关系，M.tb 转录本空间位置与TB抗酸染色的位置一致
2
感染相关基因及通路分析（图 B–C）
通过对M.tb转录本的原位检测，可以直接在组织中划分感染区与非感染区。以感染 4 周的小鼠肺组织为例，空间分析显示 M.tb 呈现特定的组织分布模式。进一步采用伪批量（pseudo-bulk）差异表达分析并结合KEGG通路富集分析，比较感染区与非感染区的转录组特征。结果显示，感染区高表达基因主要富集于免疫系统及细菌感染相关通路，提示感染引发了显著的分子改变。
图B：时空转录组FFPE在感染4周小鼠肺组织与对照组织中的M.tb相关信号分布。
图C：基于感染4周小鼠肺组织的pseudo-bulk分析，比较M.tb信号阳性区与阴性区的宿主基因表达差异（左）及差异基因的通路富集结果（右）。
3
感染区域巨噬细胞响应解析（图 D–E）
随后，通过基因共表达分析，筛选与M.tb 空间共表达的基因模块，并进行KEGG 富集分析。结果提示感染区域存在突出的免疫相关活动。进一步比较感染区与非感染区的巨噬细胞，发现 Ly6a、Map2k6、Wnt5b、Drd3、Bcl2l2 等基因在感染区表达升高，提示感染区域巨噬细胞的状态及功能特征可能存在差异。
图D：与M.tb空间分布相关的宿主基因共表达模块（左）及该模块的功能富集结果（右）。
图E：对感染区和非感染区的巨噬细胞做差异表达分析，发现Ly6a、Map2k6、Wnt5b、Drd3和Bcl2l2等基因在感染区表达升高。
4
感染区域细胞互作分析（图 F）
确认巨噬细胞在M.tb 感染免疫应答中的关键作用后，进一步比较感染区与非感染区的细胞互作特征。结果显示，感染区存在表达水平较高的互作对，提示感染区域的细胞间通讯可能发生变化，为探索M.tb 感染相关的宿主免疫应答提供了新的分析线索。
图F：感染区巨噬细胞的细胞通讯活性增强。左图汇总涉及的细胞类型及配体-受体联系，右图展示通讯概率较高的配体-受体对及其显著性。
本案例展示了时空转录组FFPE在宿主-微生物联合检测中的应用潜力：从 M.tb 的空间分布，到感染相关通路、巨噬细胞响应及细胞互作分析，逐步揭示感染区域的分子与细胞特征，为结核感染微环境研究提供空间维度的研究线索。
FFPE微生物研究从检出走向空间定位
两个案例对应两类常见研究问题：在复杂组织中定位共生微生物信号，以及在感染组织中同时观察病原体分布与宿主响应。
对于已积累的FFPE组织样本，空间信息可以帮助研究者从“是否检出”进一步走向“在哪里检出”和“周围组织发生了什么”。
如需了解时空转录组FFPE在微生物研究中的样本要求、实验设计与数据分析方案，欢迎联系我们进行技术咨询。
数据及参考文献：
1. STOmics. Mouse intestine demo data Q00517FD. STOmics Data Portal. https://www.stomics.tech/col1660
2. Zhao Y, et al. Stereo-seq V2: Spatial mapping of total RNA on FFPE sections with high resolution. Cell. 2025;188(23):6554–6571.e21. doi: 10.1016/j.cell.2025.08.008
评论 (0)