目前，對(duì)細(xì)胞中這3類高含能儲(chǔ)碳份子的辨認(rèn)、表征和定量極其繁瑣，通常難以在單個(gè)細(xì)胞精度丈量，這限制了光合固碳細(xì)胞工廠的挑選與改造效力。青島生物能源與進(jìn)程研究所單細(xì)胞中心發(fā)明了基于拉曼組的單細(xì)胞快檢技術(shù)，能夠在單個(gè)細(xì)胞精度同時(shí)丈量淀粉、甘油3酯、蛋白質(zhì)含量和油脂不飽和度，為細(xì)胞工廠的性能測(cè)試平臺(tái)增加了嶄新的手段。11月19日，相干研究工作在線發(fā)表在Biotechnology for Biofuels上。

測(cè)定細(xì)胞中淀粉、甘油3酯和蛋白質(zhì)的含量通常需要3個(gè)并行流程，每一個(gè)流程都包括細(xì)胞培養(yǎng)以積累足夠生物資、從生物資中提取并分離目標(biāo)化合物、用特定方法定量目標(biāo)組分等復(fù)雜認(rèn)定由中孚實(shí)業(yè)牽頭成立的河南省高效能鋁1是產(chǎn)品穩(wěn)定供應(yīng)難以實(shí)現(xiàn)基新材料創(chuàng)新中心為河南省制造業(yè)創(chuàng)新中心的步驟。這些傳統(tǒng)方法遵守著1個(gè)流程檢測(cè)1種生物大份子的模式，既耗時(shí)又耗力，而且難以分析生長(zhǎng)緩慢或還沒(méi)有培養(yǎng)的細(xì)胞。因此，發(fā)展1種快速、低本錢、高通量、同時(shí)測(cè)訂單個(gè)細(xì)胞中多種儲(chǔ)碳份子的方法具有重要價(jià)值。

拉曼組是特定狀態(tài)下，1個(gè)細(xì)胞群體之單細(xì)胞拉曼光譜的集合。研究人員以萊茵衣藻、微擬球藻等為模式，基于拉曼組技術(shù)，建立了同時(shí)定量單個(gè)細(xì)胞中淀粉、蛋白質(zhì)、甘油3酯含量和避免潮霉破壞拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)其零部件脂質(zhì)不飽和度的方法。由于拉曼組可直接跳過(guò)微藻細(xì)胞培養(yǎng)擴(kuò)增，而且在不破壞細(xì)胞的條件下于秒級(jí)別完成丈量，因此挑選速度提高了最少兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在此基礎(chǔ)上，研究人員提出了積累多樣性指數(shù)、積累含量和積累異質(zhì)性、小取樣深度和安全取樣深度等新概念，建立了拉曼組取樣深度與表型丈量精度的關(guān)聯(lián)，從理論上指點(diǎn)了拉曼組丈量參數(shù)的選擇與優(yōu)化。該研究進(jìn)1步提出，13個(gè)特定拉曼峰組合而成的細(xì)胞儲(chǔ)碳譜拉曼辨認(rèn)碼可靈敏、可靠、高通量地表征單個(gè)細(xì)胞中的淀粉、蛋白質(zhì)、甘油3酯含量和油脂不飽和度等關(guān)鍵表型，并辨別與揭露細(xì)胞中儲(chǔ)碳組分及其相互轉(zhuǎn)化的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性。另外，在液體懸浮培養(yǎng)的活細(xì)胞、⑻0℃冷凍保存的濕藻泥和冷凍干燥藻粉等不同細(xì)胞收藏狀態(tài)下，丈量結(jié)果之間高度1致，因此拉曼組技術(shù)具有利用上的普適性。

合成生物學(xué)領(lǐng)域的逾越式進(jìn)展，在相當(dāng)程度上取決于基因型設(shè)計(jì)、基因型合成、細(xì)胞表型測(cè)試這3大共性技術(shù)平臺(tái)的突破。隨著基因組測(cè)序與合成在通量與本錢上的大幅度改進(jìn)，細(xì)胞表型測(cè)試這1共性環(huán)節(jié)已成為人工細(xì)胞構(gòu)建與生物元件表征的限速步驟之1?？蒲腥藛T提出的拉曼組技術(shù)能夠在單個(gè)細(xì)胞精度2.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及特性A/D轉(zhuǎn)換芯片種類繁多、性能各異、價(jià)格差別很大無(wú)需標(biāo)記、非破壞性、快速地辨認(rèn)理論上近乎無(wú)窮的細(xì)胞表型，結(jié)合前期發(fā)明的RADS、RAMS等1系列單細(xì)胞流式拉曼分選技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)單細(xì)胞功能辨認(rèn)、分選、測(cè)序與培養(yǎng)這1細(xì)胞表型測(cè)試*流程的通量化、儀器化與自動(dòng)化。因此，拉曼組有望成為具有普適性的新1代細(xì)胞功能測(cè)試儀器平臺(tái)與單細(xì)胞表型大數(shù)據(jù)類型，服務(wù)于能源、環(huán)境、健康、海洋、生物安全等諸多利用領(lǐng)域的合成生物學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)。

研究工作取得了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院含碳?xì)怏w生物制造等的支持。

編輯點(diǎn)評(píng)

隨著基因組測(cè)序與合成在通量與本錢上的大幅度改進(jìn)，細(xì)胞表型測(cè)試這1共性環(huán)節(jié)已成為人工細(xì)胞構(gòu)建與生物元件表征的限速步驟之1。該技術(shù)利用這類單細(xì)胞快檢技術(shù)快速丈量出單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的3種物資含量，替換了原有速度慢、本錢高、丈量效果不佳的傳統(tǒng)方法，將有望利用到基礎(chǔ)研究和產(chǎn)品的研產(chǎn)生產(chǎn)中。