近日，中科院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞中心基于自主研制的重力驅(qū)動單細(xì)胞液滴包裹拉曼分選(RAGE)技術(shù)、儀器和相應(yīng)試劑盒，首次實(shí)現(xiàn)了精確到一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞、全基因組覆蓋度超過92%的環(huán)境菌群單細(xì)胞拉曼分選耦合測序(scRACS-Seq)，為環(huán)境微生物組原位代謝功能研究提供了一個(gè)強(qiáng)有力的新工具。相關(guān)論文發(fā)表于《美國微生物學(xué)會期刊》。
scRACS-Seq是剖析土壤等環(huán)境菌群代謝機(jī)制的重要手段。然而，針對環(huán)境菌群的scRACS-Seq一直以來存在兩大瓶頸，一是難以無損、快速地獲取具有特定拉曼表型的單個(gè)細(xì)胞;二是難以獲得高覆蓋度的單細(xì)胞基因組數(shù)據(jù)。
針對上述問題，該所單細(xì)胞中心荊曉艷、公衍海和徐騰等組成的聯(lián)合攻關(guān)小組，基于前期發(fā)明的RAGE-Seq技術(shù)，從液相拉曼分析穩(wěn)定同位素底物飼喂的土壤菌群出發(fā)，將特定拉曼表型的細(xì)菌單細(xì)胞精準(zhǔn)分離并包裹到皮升級液滴中，進(jìn)而耦合下游基因組測序。
研究結(jié)果表明，土壤菌群中細(xì)胞代謝活躍的低豐度物種可經(jīng)耦合重水飼喂與標(biāo)記的RAGE-Seq精準(zhǔn)地識別和分選，其單細(xì)胞基因組覆蓋率高達(dá)近93%;同樣，基于RAGE-Seq，含類胡蘿卜素的土壤微生物細(xì)胞能實(shí)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞分辨率、高基因組覆蓋度的代謝重建，從而完整、深入地挖掘其類胡蘿卜素合成途徑。
此外，該工作還通過組分與狀態(tài)均精確可控的人工菌群，建立了系統(tǒng)且嚴(yán)格的scRACS-Seq質(zhì)量評價(jià)與控制體系。
基于該體系，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)能將不同拉曼表型的細(xì)菌單細(xì)胞從菌群中快速、精準(zhǔn)分離，在保證單細(xì)胞拉曼光譜質(zhì)量的同時(shí)，分選準(zhǔn)確性達(dá)100%。此外，以來自于靶標(biāo)細(xì)胞周圍水相的空液滴為陰性對照，發(fā)現(xiàn)靶標(biāo)細(xì)胞序列被菌群中其他細(xì)胞DNA污染的概率極低。這些工作定量證明了scRACS-Seq的靈敏度、特異性和可靠性。
在此基礎(chǔ)上，單細(xì)胞中心研制和產(chǎn)業(yè)化單細(xì)胞拉曼分選—測序耦合系統(tǒng)(RACS-Seq儀器)，以及相應(yīng)的RAGE芯片和單細(xì)胞分析試劑盒。該系統(tǒng)廣譜適用于細(xì)菌、古菌、真菌和動植物細(xì)胞，服務(wù)于涵蓋各種復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。(記者 廖洋 通訊員 劉佳)
關(guān)鍵詞： 環(huán)境菌群單細(xì)胞拉曼分選耦合測序 單細(xì)胞
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