和人类一样，细菌在人际关系方面也有自己的偏好。有些细菌完全独立，而有些则喜欢结伴。沙门氏菌和许多其他种类的细菌都属于社会型细菌：它们可以在宿主细胞内生存甚至茁壮成长。但与我们不同的是，这些细菌不会花很长时间吸引细胞，希望细胞欢迎它们。相反，它们会注入控制宿主细胞系统的蛋白质。
近年来，得益于魏茨曼科学研究所罗伊·阿夫拉哈姆教授团队的研究，研究人员发现了不同细菌亚种注入宿主的蛋白质之间的差异，这可以解释为什么其中一些亚种比其他亚种更具毒性。例如，沙门氏菌有2,500多个亚种，但只有少数亚种会导致危及生命的疾病。
在《美国国家科学院院刊》上发表的一篇论文中，阿夫拉哈姆团队的科学家提出了一种新的研究方法，为细菌与宿主细胞之间的关系提供了新的见解，并揭示了某些细菌特别具有毒性的原因。
在过去十年中，科学家已经获得了以前所未有的分辨率研究分子过程的能力，从而彻底改变了生命科学的研究。在单细胞水平上对遗传物质进行测序的新方法为这场革命做出了贡献。但现有工具无法应用单细胞RNA测序来研究数千种细菌亚种与同样令人印象深刻的宿主之间的所有分子关系。
例如，为了绘制沙门氏菌不同亚种之间毒力和致病能力的差异，研究人员需要在单细胞水平上对细菌细胞的DNA进行测序，对被感染的特定宿主细胞的DNA进行同样的测序，并将客体和宿主的发现进行匹配，这是一项艰巨的任务。
这种新方法由魏茨曼免疫学和再生生物学系阿夫拉哈姆实验室开发，得益于两个关键因素，它实现了这一目标。第一个方法由OriHeyman博士领导的研究人员创建，包括选取一组细菌物种，每个物种都有一个基因突变，并用条形码标记它们，条形码是DNA序列，科学家可以在研究后期识别每个物种，即使它在宿主细胞内。
第二个要素是一个名为MAESTRO的计算机模型，由NoaBosselBen-Moshe博士领导的研究人员开发，将每个细菌条形码的测序结果与该细菌感染的特定宿主细胞的测序结果配对。
利用这一模型，研究人员可以准确分析每种突变细菌如何影响宿主的行为，以及哪些蛋白质只在被某种细菌感染的宿主细胞中表达。这为在单细胞水平上对细菌和宿主“配对”进行“配对测序”铺平了道路。
在他们的研究中，研究人员将他们的新方法应用于25种感染免疫系统细胞(称为巨噬细胞)的突变沙门氏菌。这种方法使他们能够研究每种细菌与其宿主细胞之间的关系，并确定一种在宿主中引起异常强烈免疫反应的细菌。
所研究的物种缺乏其他细菌表达并成功注入宿主的一种蛋白质。研究人员推断，这种蛋白质对于抑制宿主的免疫系统至关重要。“我们发现了一种熟悉的蛋白质的新作用，并表明它破坏了宿主的防御机制，”阿夫拉哈姆解释说。
“事实上，细菌向宿主体内注入了许多蛋白质，而我们仍未弄清楚其中大部分蛋白质发挥了哪些作用。我们的方法已被世界各地的研究人员采用，它将使我们能够继续系统地揭示这些作用。此外，它可以应用于任何类型的细菌，包括对我们身体许多系统至关重要的友好细菌。”
除了推进基础研究之外，新方法还可能有助于开发对抗细菌抗生素耐药性的方法，世界卫生组织将细菌抗生素耐药性定义为人类健康和粮食安全的主要威胁之一。
“有两种新的潜在防御策略，都还处于发展的早期阶段，”阿夫拉哈姆说。“一种是降低致病细菌的毒性，另一种是增强宿主细胞的免疫反应。我们的方法可以同时研究这两种策略：同时了解细菌如何发起攻击以及宿主细胞如何自我防御。”