《BIOspektrum》：Skalierbares Darmorganoidmodell enthüllt humanpathogene Infektionsfaktoren
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动物模型难以模拟人肠道生理，志贺氏菌宿主特异性成为瓶颈。Laura Jenniches 等建立人源3D类器官-TraDIS 平台，以ZINB-Bayesian 模型剔除遗传瓶颈噪声，首次系统鉴定出105 个染色体及38 个 pINV 编码的定植因子，发现 tRNA 修饰酶通过 AGA 稀有密码子调控 T3SS 毒力蛋白表达，为“翻译-感染”偶联提供新靶点。
研究背景
志贺氏菌（Shigella flexneri）仅自然感染人和非人灵长类，其侵袭性腹泻机制在动物模型中常因物种屏障“失真”。过去二十年，研究多依赖转化细胞系，仅聚焦毒力质粒 pINV 编码的Ⅲ型分泌系统（T3SS），对占据基因组>85% 的染色体内陆几乎空白。更棘手的是，全基因组突变文库感染时，营养限制、入口竞争等随机事件造成“遗传瓶颈”，大量非缺陷突变株被误淘汰，真假表型混杂。如何在生理相关的人源肠道上皮中、以全基因组尺度剔除噪声并锁定真正“定植必须基因”，成为领域亟待翻越的“高墙”。
研究设计与结论
为回答上述难题，Sellin 与 Barquist 团队携手，将人成体干细胞衍生的 3D 肠道类器官与高通量转座子插入测序（TraDIS）嫁接，辅以定制 Bayesian 模型，搭建“可扩展感染-测序-分析”一体化流程。论文发表于《BIOspektrum》（2025）。
关键技术方法
人源 3D 肠道类器官感染平台
梯度稀释-模拟估算遗传瓶颈，构建 43 个 2×10–3×10 非冗余突变子文库
双步零膨胀二项分布（ZINB）Bayesian 模型，以假基因为“中性锚”分离随机丢失与真实缺陷
条形码竞争实验（qPCR 读数）验证候选基因
蛋白质组+ 密码子组学联用，解析 tRNA 修饰对毒力蛋白翻译的影响
研究结果
可扩展类器官-TraDIS 流程的建立
通过 10k vs 30k 突变子预实验，结合计算机瓶颈模拟，作者将每子库突变子数压缩至 2–3×10，感染约 800 个类器官，6h 内吞后 30°C 低氧培养 14h，既保证生物量又避免二次选择。最终 43 个子库覆盖度>99%，输出库多样性保持 1–2×10，随机丢失率被压至≈50%。
基因组范围定植因子的系统鉴定
ZINB 模型先以假基因校正技术变异，再扫描全基因组，共发现 105 个促进定植的染色体基因（含应激调控子 RpoS、PNPase 外切酶及 tRNA 修饰酶 MnmE/MnmG）和 61 个抑制定植的脂质 A 合成基因；在 pINV 上锁定 38 个新因子，覆盖 VirB/VirF 调控级联、T3SS 核心组件及肌动蛋白逃逸蛋白 IcsA，表明筛选接近饱和。
tRNA 修饰酶介导的密码子偏向性毒力调控
竞争实验显示，ΔmnmE 与 ΔmnmG 突变株感染能力降至野生株的 1/10。蛋白质组发现，pINV 编码的 VirF、IpaB 等 22 种毒力蛋白显著下调，而这些蛋白基因富含 AGA（Arg）稀有密码子；染色体基因几乎不受波及。结果首次实验证实，MnmE/G 通过增强 U34 摆动配对，提高 AGA 翻译效率，从而“翻译开关”式地放大 T3SS 毒力网络。
结论与讨论
该研究以“类器官+TraDIS+Bayesian”三位一体策略，突破了动物模型与细胞单层的双重局限，绘制出志贺氏菌在人源肠道上皮中的全基因组定植蓝图，并揭示一条“tRNA 修饰-稀有密码子-毒力蛋白”轴心的转录后调控通路。由于 MnmE/G 同源蛋白广泛存在于肠杆菌科，针对其酶活性或 AGA 密码子重设计，可望开发广谱抗毒力药物。平台流程已共享，可无缝迁移至病毒、真菌及其他肠道病原，预示生理相关高通量感染遗传学时代的加速到来。
