脑成像和微生物组测序结合技术

1、用放射微生物组学理解肠脑轴的相互作用

肠道微生物群在大脑发育和功能中的作用，近年来受到越来越多的关注。微生物群组成的改变与神经和精神疾病有关，一些研究表明免疫系统在肠-脑相互作用中起着基础性的作用。在脑成像和微生物组测序方面的进展产生了大量的信息，这两个来源的数据需要有效地结合起来以提取生物学意义，并且任何诊断和/或预后都可以从这些工具中获益。肠-脑相互作用的因果性质仍有待完全确定，临床前的研究结果已转化为人类。De Santis等人讨论了将肠道微生物群的数据与从大脑图像转换成可挖掘数据中获得的特征相结合的最新努力。为了诊断和预后的目的，他们把对这些数据的后续分析称之为放射微生物组学的方法，并提出这个方法具有极大的潜力来加强我们对肠道微生物群在大脑发育和功能作用的理解（De Santis, et al. 2019.）。

2、肠脑轴的计算分析：神经系统疾病的微生物区系失调

Dovrolis等人报告，在希波克拉底对健康及其与胃肠道的直接联系的观察之后将近2500年，最近发生了一次范式转变，使肠道及其共生体（细菌、真菌、古生菌和病毒）成为研究的一个交汇点。目前已经确定肠道菌群的组成多样性通过其基因（微生物组）调节宿主的健康，并为疾病的发展和调控提供了初步的见解。微生物组的参与在免疫学和生理学研究中很明显，这些研究将其生物多样性的变化与其对宿主表型的贡献联系起来，而且在神经系统的研究中，也证实了恰当命名的肠脑轴。最后这种双向交互作用的最终机制将是我们的主要焦点，因为它给研究人员提出了一个新的难题。他们在综述文章“肠脑轴的计算分析：神经系统疾病的微生物区系失调”中展望了计算分析方法的最新文献，这些方法通过跨学科系统生物学应用，满足了更好地理解微生物组-肠-脑相互作用和神经系统疾病发生和发展的需要。用于探索这些协同作用的生物信息学工具有助于建立和解释微生物16S核糖体RNA数据集，由shotgun和储存在生物数据库中的健康和神经疾病样本的高通量测序。这些方法为研究人员提供了另一种方法，可以更快、更便宜、更精确地为他们的调查形成假设。这些研究的目标依赖于整合整合元基因组学和代谢组学评估。对微生物组及其功能的准确描述可以为神经系统疾病提供新的诊断、预后和治疗策略，为每个宿主量身定制（Dovrolis, et al. 2019.）。

3、一种新颖的肠-脑轴交流方式的动画指南

新的科学概念必须是可理解的，以允许其进一步发展，强调需要更好地交流这些发现所依据的抽象概念。Pokojna等人设计的一种新颖的肠-脑轴交流方式的动画致力于透过多媒体学习视觉传达微生物组衍生分子的发现，这些分子在微生物-肠-脑轴沟通中扮演重要角色，并制作了一段4分钟的动画视频，将其分割并结合使用二维和三维模型。它传达了在小鼠模型中发现这些分子的过程、细菌产生的分子以及它们对人类健康的潜在影响的重要信息。然后将动画提供给科学观众，同时进行简短回答调查和利克特量表，以评估视觉方面与叙述相比较与学习和理解相同内容阅读。他们进行了一项对比实验，研究结果是基于总共15名参与者，其中9人通过动画接触信息（A组），6人以书面叙述形式获得信息（B组）。研究发现，动画接触信息组在后评估中平均得分M=15（25分），而以书面叙述形式获得信息组的平均得分M=7。得分越高，对通过动画媒体感知理解的问题的评分越高。此外，动画在帮助学习抽象概念方面得分更高，尤其是与结构和空间导航有关。这表明，为了得出明确的结论，需要有可能被理解的科学抽象概念（Pokojna, et al. 2020.）。