综述 :一个可用于根据功能特性对活细胞进行分类的基于拉曼技术的自动化平台

美国麻省理工学院Roman Stocker教授等人于2019年3月18日在《Nature Microbiology上发表题目为《An automated Raman-based platform for the sorting of live cells by functional properties》的文章。作者采用了基于拉曼光谱技术的活细胞分选平台对小鼠结肠中参与粘液层降解的微生物组成进行了很详细的分析。作者发现很多微生物参与了小鼠结肠粘膜层的降解,尤以拟杆菌门的细菌为主。但是深入的研究还发现在以粘膜为驱动力的微生物群落中,能够分解粘膜素中糖苷键的细菌占比很少,比如Muribaculaceae菌科等。本文构建的这种基于拉曼光谱的活细胞分选技术有助于未来对研究环境以及我们宿主内微生物群落的组成以及变化的深入研究,该技术有望在株的水平上去分析细菌在表型以及基因型层面所表现出来的差异。作者期望随着该技术的发展我们能够很准确的分析生命的进化途径。

综述摘要

稳定同位素探测被广泛用于研究在微生态环境下微生物类群的功能,但是从复杂样品中分离出用于随后基因组分析或培养的同位素标记的微生物细胞技术仍处于研究初期。在这篇文章中,我们介绍了一种结合微流体,光学镊子和拉曼显微光谱技术的光流控制平台,用于自动分选出由稳定同位素探针标记的微生物细胞,该细胞适用于接下来的的单细胞基因组学,小型宏基因组学研究或培养。文中阐述了该拉曼激活细胞分选方法的设计和优化方法,以及通过图画借助四种模型细菌(两种肠道,一种土壤和一种海洋)举例说明了该方法的操作,并证明了其高分选精度(98.3±1.7%),生产量(200-500 个细胞/小时;3.3-8.3个细胞/每分钟)以及兼容性(通过细胞培养技术)。该技术在小鼠结肠中粘蛋白降解相关细菌的宏基因组特征分选的应用中揭示了包括还未充分探索的Muribaculaceae科在内的几个菌属的细菌联盟的多元化特点,既突出了这种技术的一个复杂性,也突出了拉曼细胞分选技术在靶向过程中识别重要参与者的潜质价值。

文中主要图片说明

图1 | 利用拉曼光谱细胞筛选平台(RACS)进行实验设计的步骤以及原理。

图2 |  RACS平台操作原理图。

图3 | 利用参考菌株解析RACS平台的工作原理和性能标准。

图4 | 基于RACS技术以及对来自小鼠结肠粘膜层菌群中粘蛋白降解相关细菌的靶向性微型宏基因组学分析。





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