人類的腸道中有數兆的共生菌，近幾年的研究多數聚焦於腸內菌對於免疫系統的影響，例如發現腸內菌可以幫助人體對抗外界的病原體，也可能和肥胖、心血管疾病或是神經性退化疾病有關，這篇文章回歸到腸道共生菌另一個主要的功能上─那就是協助代謝養分。絕大多數腸內菌和人類為互利共生之關係，他們可以代謝宿主無法消化的多醣（glycan）成為短鏈的脂肪酸來讓自身或是人類使用，為了競爭腸道內的多醣和其他養分，這些共生菌各自發展出不同的獨門絕活來獲取營養。
其中作者以多形擬桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron）代謝澱粉的系統（starch utilization system，簡稱 Sus）為研究模型，Sus 由 SusRABCDEFG 八個蛋白質組成，SusCDEF 在細胞外膜上負責和多醣結合，與此同時，鄰近細胞外膜的 SusG 是一個 α-澱粉脢（α-amylase），會將多醣代謝成寡糖，並藉由 SusC 通道蛋白運送進入周質（periplasm）中，再由 SusA 和 SusB 分解成雙醣和單醣的形式。Sus 相似系統已經在人類最大宗共生菌中的擬桿菌門中陸續被發現。然而即便 Sus 蛋白質的構造和功能都已了解，卻仍舊無法反映到人體腸道系統醣類環境的瞬時變化。細菌如何快速感知與反應這些醣類刺激變得極為關鍵，以最有效率的組裝平時膜上散布的蛋白，因此唯有醣類刺激下，立即的膜上蛋白動態觀察，才能夠真實地反映共生菌與宿主的互動，然而過去的研究仍缺乏在活細胞裡動態觀察分子機制的結果。
以前利用螢光標定蛋白質，再用光學顯微鏡觀察的方法會受到解析度的限制（約 0.5 μm），無法完全觀察每一個蛋白質是如何和彼此互動和組裝的，作者利用單分子超分辨影像技術（single-molecule superresolution imaging），先以螢光標定澱粉分子和 Sus 蛋白質後，用倒立螢光顯微鏡（inverted fluorescence microscope）動態觀察至奈米層級，他們發現澱粉會誘發 Sus 的組裝，使 SusG 和其他 Sus 蛋白形成穩定的複合體，當沒有澱粉時，SusG 和其他膜上 Sus 蛋白的互動則很弱而不穩定，另外每個細菌個體上至少會有一組膜上的 Sus 蛋白。
此篇除了用高解析度的活體影像觀察技術之外，還有一個特殊的地方，因為大部分的螢光蛋白都需要和氧氣反應以釋放螢光，但是多形擬桿菌為厭氧菌，雖然能夠透過短暫接觸氧氣來放出訊號，但會較弱而難以偵測，在這篇文章利用的 HaloTag 技術，這種共價鍵結合的螢光標記分子（Fluorescent tag）是近年在細胞影像與蛋白質轉位研究上新的工具，能夠快速且專一的應用在活細胞生理環境下。
參考資料：
- Martincová, E., Voleman, L., Najdrová, V., De Napoli, M., Eshar, S., Gualdron, M., … Doležal, P. (2012). Live Imaging of Mitosomes and Hydrogenosomes by HaloTag Technology. PLoS ONE, 7(4), e36314. doi: 10.1371/journal.pone.0036314N
- Karunatilaka, K. S., Cameron, E. A., Martens, E. C., Koropatkin, N. M., & Biteen, J. S. (2014). Superresolution Imaging Captures Carbohydrate Utilization Dynamics in Human Gut Symbionts. mBio, 5(6), e02172–14. doi: 10.1128/mBio.02172-14
