微生物大多是结构简单的细胞，广泛分布于深海、土壤、空气、动植物等地球的各个角落，是最早的生命形式之一，由黏附素等内源性化学分子介导的细胞种内或种间相互作用是驱动其群落结构和功能的关键。这种相互作用在地球化学循环、生态环境演变、生命健康等领域均扮演了至关重要的角色。因此，精准编码并探索微生物种内或种间相互作用，有助于深入理解微生物群落功能与行为，对揭示微生物相互作用与疾病发生发展之间的关系，指导微生物代谢调控等具有重要意义。

  作为编码所有生命形式信息的化学分子，核酸具有易于合成、结构可预测、灵活可编程等优点，可以在纳米尺度上编程执行特定的功能，引起了研究者的广泛关注。鉴于此，中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究中心张云团队与武汉大学袁荃教授团队、余锂镭教授团队以及中国科学院杭州医学研究所谭蔚泓院士团队合作，基于核酸分子独特的性质与功能，通过自组装策略，发展了一种功能核酸框架平台，通过灵活调控靶向核酸分子序列以及核酸四面体框架大小，可实现微生物相互作用的特异性精准编码。该研究以铜绿假单胞杆菌种内相互作用为研究模型，结合转录组学等分析手段，发现铜绿假单胞杆菌种内空间组装可以显著提高其表面传感器（菌毛、鞭毛蛋白）的基因表达，从而使其对群体感应（QS）产生更敏感的反应。被激活的群体感应系统随后会导致更高水平的毒力因子产生，并对宿主细胞产生更强的炎症影响。研究结果表明，微生物组装所诱导的短程相互作用引发了代谢的异质性变化，推动了毒力因子的分泌，并展示了该平台在编码微生物种内和种间相互作用中的普适性。

  此研究所提出的功能核酸框架平台策略为微生物间相互作用的调控提供了新的思路，为揭示不同类型的微生物相互作用及代谢空间异质性机制研究提供技术支撑，有望用于功能性多细胞体系设计以及疾病治疗等应用领域。

  相关研究成果以“Framework nucleic acid strategy enables closer microbial contact for programming short-range interaction”为题发表在国际综合性期刊Science Advances上，武汉大学袁荃教授、余锂镭教授，中国科学院杭州医学研究所谭蔚泓院士和中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究中心张云研究员为论文的通讯作者。

  此前，张云研究员在微生物代谢调控方面已经取得相关研究成果，例如探究了稀土元素介导的微生物代谢如何影响宿主（Science of the Total Environment, 894 (2023) ）。

  论文原文：https://doi.org/10.1126/sciadv.adr4399