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Connecting structure and function from organisms to molecules in small animal symbioses through chemo-histo-tomography
bioRxiv - Ecology Pub Date : 2021-01-06 , DOI: 10.1101/2020.09.28.316802
Benedikt Geier , Janina Oetjen , Bernhard Ruthensteiner , Maxim Polikarpov , Harald Gruber-Vodicka , Manuel Liebeke

Our understanding of metabolic interactions between small symbiotic animals and bacteria or parasitic eukaryotes that reside within their body is extremely limited. This gap in knowledge originates from a methodological challenge, namely to connect histological changes in host tissues induced by beneficial and parasitic (micro)organisms to the underlying metabolites. To close this gap, we developed chemo-histo-tomography (CHEMHIST), a culture-independent approach to connect anatomic structure and metabolic function in millimeter-sized symbiotic animals. CHEMHIST combines spatial metabolomics based on mass spectrometry imaging (MSI) and microanatomy-based micro-computed X-ray tomography (microCT) on the same animal. Both high-resolution MSI and microCT allowed us to correlate the distribution of metabolites to the same animals three-dimensional (3D) histology down to sub-micrometer resolutions. Our protocol is compatible with tissue specific DNA sequencing and fluorescence in situ hybridization (FISH) for the taxonomic identification and localization of the associated micro(organisms). Building CHEMHIST upon in situ imaging, we sampled an earthworm from its natural habitat and created an interactive 3D model of its physical and chemical interactions with bacteria and parasitic nematodes in its tissues. Combining MSI and microCT, we introduce a workflow to connect metabolic and anatomic phenotypes of small symbiotic animals that often represent keystone species for ecosystem-functioning.

中文翻译:

通过化学-组织断层摄影术将有机物的结构和功能连接到小动物共生物中的分子

我们对小型共生动物与体内细菌或寄生真核生物之间的代谢相互作用的了解极为有限。知识上的差距源于方法上的挑战,即将有益和寄生(微生物)生物诱导的宿主组织的组织学变化与潜在的代谢物联系起来。为了弥合这一差距,我们开发了化学组织层析成像法(CHEMHIST),这是一种与文化无关的方法,可以在毫米大小的共生动物中连接解剖结构和代谢功能。CHEMHIST将基于质谱成像(MSI)的空间代谢组学与基于微解剖学的微计算机X射线断层扫描(microCT)相结合。高分辨率MSI和microCT都使我们能够将代谢物的分布关联到同一动物的三维(3D)组织学,直至亚微米分辨率。我们的协议与组织特异性DNA测序和荧光原位杂交(FISH)兼容,以便对相关微生物进行分类学鉴定和定位。我们在原位成像的基础上建立了CHEMHIST,我们从其自然栖息地取样了一个and,并创建了一个与其组织中的细菌和寄生线虫发生物理和化学相互作用的交互式3D模型。结合MSI和microCT,我们引入了一种工作流程来连接小型共生动物的代谢和解剖表型,这些动物通常代表生态系统功能的关键物种。我们的协议与组织特异性DNA测序和荧光原位杂交(FISH)兼容,以便对相关微生物进行分类学鉴定和定位。我们在原位成像的基础上建立了CHEMHIST,我们从其自然栖息地取样了一个and,并创建了一个与其组织中的细菌和寄生线虫发生物理和化学相互作用的交互式3D模型。结合MSI和microCT,我们引入了一个工作流程来连接小型共生动物的代谢和解剖表型,这些动物通常代表着生态系统功能的关键物种。我们的协议与组织特异性DNA测序和荧光原位杂交(FISH)兼容,以便对相关微生物进行分类学鉴定和定位。我们在原位成像的基础上建立了CHEMHIST,我们从其自然栖息地取样了一个and,并创建了一个与其组织中的细菌和寄生线虫发生物理和化学相互作用的交互式3D模型。结合MSI和microCT,我们引入了一种工作流程来连接小型共生动物的代谢和解剖表型,这些动物通常代表生态系统功能的关键物种。我们从自然栖息地取样了一个worm,并创建了一个互动3D模型,以了解其与组织中细菌和寄生线虫的物理和化学相互作用。结合MSI和microCT,我们引入了一种工作流程来连接小型共生动物的代谢和解剖表型,这些动物通常代表生态系统功能的关键物种。我们从自然栖息地取样了一个worm,并创建了一个互动3D模型,以了解其与组织中细菌和寄生线虫的物理和化学相互作用。结合MSI和microCT,我们引入了一种工作流程来连接小型共生动物的代谢和解剖表型,这些动物通常代表生态系统功能的关键物种。
更新日期:2021-01-06
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