Spatial multi-organism interactions

QC 2026-03-24

Abstract

Den rumsliga organiseringen av genuttryck ligger till grund för hur organismer interagerar, anpassar sig, upprätthåller homeostas och hälsa samt orsakar sjukdom. Nyliga framsteg inom rumsligt upplöst transkriptomik (SRT) har möjliggjort obiaserad, transkriptomomfattande profilering direkt i intakta vävnader och bevarar därmed den vävnadsmikromiljö där biologiska interaktioner sker. De flesta SRT-tillämpningar har dock fokuserat på enskilda organismer, främst däggdjursvävnader, vilket har lämnat multi-organismsystem, värd–patogen-interaktioner, flercelliga patogener och värd–mikrob-interaktioner mindre utforskade.

I denna avhandling utvecklar och tillämpar vi rumsliga molekylära verktyg för att undersöka multi-organisminteraktioner över olika biologiska skalor. Vi introducerar metodologiska framsteg som möjliggör rumslig profilering av (i) dubbla värd–patogen-transkriptom, (ii) flercelliga patogener med egen vävnadsorganisation och symbionter, (iii) komplexa mikrobiella samhällen i relation till adaptiva immunsvar, samt (iv) design av anpassade prober för prob-baserad Spatial Transcriptomics i icke-modellorganismer.

I Artikel I utvecklade vi Dual Spatial Transcriptomics (DualST), som möjliggör samtidig och obiaserad detektion av värd- och patogentranskriptom in situ i kliniska formalinfixerade paraffininbäddade prover. Vi tillämpade DualST på human lungvävnad infekterad med SARS-CoV-2 för att kartlägga lokaliseringen av viralt RNA och karakterisera det omgivande värdsvaret i vävnadens mikromiljö.

I Artikel II utvecklade vi Miniature Spatial Transcriptomics (MiniatureST) för att rumsligt kartlägga små flercelliga patogener med hjälp av poly(A)-baserad RNA-infångning med hög genomströmning. Vi tillämpade MiniatureST på den parasitiska filariemasken Brugia malayi, som orsakar lymfatisk filariasis. Denna metod kartlade maskens rumsliga transkriptomiska arkitektur och möjliggjorde detektion av dess endosymbiotiska bakterie Wolbachia, vilket gav insikt i mask–endosymbiont-interaktioner i samband med infektion i den humana värden.

I Artikel III introducerade vi Spatial metaTranscriptomics och Spatial VDJ (SmT-SVDJ), en metod som kombinerar infångning av mikrobiella rRNA-fylogenetiska markörer med anrikning av fullängds antigenreceptorsekvenser från B cells (BCR) och T cells (TCR), inklusive deras V (variabla), D (diversitets) och J (sammanfognings-) regioner. Detta tillvägagångssätt möjliggör rumslig kartläggning av mikrobiell sammansättning tillsammans med B- och T-cellskloner, vilket därmed kopplar mikrobiomets organisation till adaptiva immunsvar i vävnader. Vi demonstrerade SmT-SVDJ på två distinkta humana kliniska prover, tonsill och bröstcancer, och avslöjade mikrobiom–värd–VDJ-repertoarers rumsliga profiler som är unika för varje vävnadstyp.

I Artikel IV utvecklade vi ProbeST, en öppen och skalbar beräkningspipeline för design av anpassade genspecifika probpaneler utöver human och mus, kompatibla med prob-baserade Visium Spatial Transcriptomics-analyser. Ett DualST-experiment med ProbeST-designade Salmonella-prober i kombination med den kommersiella muspanelen möjliggjorde samtidig detektion av värd- och patogentranskript och kopplade bakteriellt genuttryck till lokala inflammatoriska värdsvar. ProbeST utvidgar prob-baserad Spatial Transcriptomics till icke-modellorganismer och stödjer multi-organism- och värd–patogen-studier.

Tillsammans etablerar dessa studier ett ramverk för rumslig analys av värd–patogen-, värd–symbiont- och värd–mikrobiom-interaktioner. Genom att utveckla anpassningsbara molekylära och beräkningsmässiga verktyg utvidgar detta arbete tillämpningen av SRT till multi-organismsystem och tillhandahåller metoder som kan användas i olika biologiska och kliniska sammanhang.

Link to DiVA