一、產(chǎn)品介紹

PRECI SCS-R300拉曼是一款集共聚焦拉曼光譜檢測(cè)系統(tǒng)與單細(xì)胞可視化分選系統(tǒng)為一體的細(xì)胞識(shí)別與分離設(shè)備，基于拉曼光譜技術(shù)對(duì)目標(biāo)菌進(jìn)行識(shí)別，并在單細(xì)胞水平上進(jìn)行測(cè)序、培養(yǎng)等研究，搭建單細(xì)胞表型與基因型的橋梁，為各領(lǐng)域單細(xì)胞研究提供新策略。此外，拉曼分選技術(shù)還可用于微塑料等微小顆粒的識(shí)別與分離研究。

PRECI SCS-R300的單細(xì)胞分選原理

二、微生物單細(xì)胞研究意義

單細(xì)胞研究是目前生物學(xué)研究熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域。過(guò)去十年來(lái)，在動(dòng)物學(xué)研究中利用單細(xì)胞技術(shù)重新理解了細(xì)胞分化、細(xì)胞周期和細(xì)胞免疫等重要的生命過(guò)程。然而對(duì)微生物單細(xì)胞的研究目前尚處于起步階段，所以實(shí)現(xiàn)微生物單細(xì)胞鑒定、功能菌快速篩選、微生物鑒定、可視化單細(xì)胞分離和高通量篩選，將為微生物的研究提供技術(shù)突破。

傳統(tǒng)群體研究方法：對(duì)微生物群落的整體檢測(cè)，得到的是平均值無(wú)法反應(yīng)不同細(xì)胞在群落中的功能；宏基因測(cè)序雖然能反應(yīng)群落的組成與豐度，但仍無(wú)法準(zhǔn)確找到哪種微生物發(fā)揮關(guān)鍵作用。

單細(xì)胞研究新技術(shù)：能夠繞過(guò)培養(yǎng)階段，在單細(xì)胞水平上建立表型與基因型的聯(lián)系，有效解決群體研究存在的問(wèn)題，為功能微生物、突變株、耐藥菌、未/難培養(yǎng)微生物等研究提供新策略。

三、微生物單細(xì)胞研究策略

四、研究領(lǐng)域

細(xì)胞生物學(xué)（細(xì)胞種類鑒定、細(xì)胞代謝檢測(cè)等）、植物發(fā)育學(xué)（遺傳育種、遺傳機(jī)制研究等）、遺傳學(xué)（干細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、成熟的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等）、微生物學(xué)（微生物種屬鑒定、藥敏檢測(cè)等）、病理學(xué)（腫瘤精準(zhǔn)分選、腫瘤術(shù)中導(dǎo)航、快速病理分析等）、藥代動(dòng)力學(xué)（藥物在細(xì)胞中的代謝監(jiān)測(cè)等）、免疫學(xué)（免疫微環(huán)境等）、食品學(xué)（食品安全、發(fā)酵工程菌等）等。

五、實(shí)驗(yàn)方案

1. 基于形態(tài)的微生物單細(xì)胞分離

根據(jù)微生物細(xì)胞的長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)徑比、規(guī)則度等形態(tài)學(xué)指標(biāo)，進(jìn)行識(shí)別、定位與編號(hào)，自動(dòng)將目標(biāo)形態(tài)的微生物單細(xì)胞分離出來(lái)。

微生物單細(xì)胞智能圖像識(shí)別功能

單細(xì)胞分選結(jié)果

2. 基于拉曼光譜的微生物單細(xì)胞識(shí)別與分離

2.1 耐藥菌/功能微生物（如有機(jī)物降解菌）的拉曼識(shí)別

重水標(biāo)記：對(duì)于有代謝活性的微生物細(xì)胞，D₂O會(huì)經(jīng)代謝進(jìn)入碳骨架，形成C-D鍵，使峰位紅移至靜默區(qū)。使用此方法可以檢測(cè)細(xì)菌/細(xì)胞在壓力環(huán)境下（如抗生素、高溫、高壓等）的代謝活性，從而鑒定耐藥菌或微生物。

¹³C或¹⁵N穩(wěn)定同位素標(biāo)記：¹³C或¹⁵N同位素探針能夠通過(guò)底物完成對(duì)生物標(biāo)志物的標(biāo)記，帶有重同位素的生物標(biāo)志物，其拉曼特征譜線因同位效應(yīng)將發(fā)生紅移動(dòng)（同位素結(jié)合率＞10%時(shí)），采用光譜對(duì)比分析很容易鑒別出來(lái)，進(jìn)而確定目標(biāo)微生物單細(xì)胞。

功能菌拉曼識(shí)別流程

2.2 研究樣品中的“未知菌”（無(wú)法確定目標(biāo)菌的種屬、功能等信息）

微生物單細(xì)胞內(nèi)所有化合物的拉曼信號(hào)構(gòu)成的“單細(xì)胞拉曼圖譜”可作為其“化學(xué)指紋”，進(jìn)行細(xì)胞種屬的區(qū)分和鑒定，具有快速、靈敏、非破壞性等優(yōu)勢(shì)，開(kāi)辟了微生物鑒定的一個(gè)全新領(lǐng)域。首先，使用形態(tài)特征對(duì)細(xì)胞進(jìn)行初篩，再應(yīng)用拉曼光譜聚類分析法，將樣品中的微生物劃分為不同類別，應(yīng)用可視化彈射分選的方式，將各類別的微生物細(xì)胞分離出來(lái)，進(jìn)行全基因組擴(kuò)增及高通量測(cè)序分析。

“未知菌”單細(xì)胞研究方案

3. 基于熒光的微生物單細(xì)胞分離

根據(jù)目標(biāo)菌的熒光信號(hào)（自發(fā)熒光、熒光染料、探針標(biāo)記、FISH等），將單細(xì)胞識(shí)別并分離出來(lái)。

熒光菌單細(xì)胞分離

六、應(yīng)用案例

1.腸道耐藥微生物研究

本文應(yīng)用結(jié)合同位素-拉曼光譜、單細(xì)胞分選與mini-meta測(cè)序分析技術(shù)，對(duì)人腸道微生物中的耐藥菌群進(jìn)行研究，揭示腸道耐藥菌與個(gè)人用藥史之間的相關(guān)性。

文獻(xiàn)：Raman-activated sorting of antibiotic-resistant bacteria in human gut microbiota

2.D₂O探針追蹤耐藥基因的水平轉(zhuǎn)移

單細(xì)胞拉曼光譜結(jié)合逆向D₂O標(biāo)記(Raman- rD₂O)是一種靈敏、快速的表型工具，可用于跟蹤質(zhì)粒攜帶抗生素耐藥基因（ARGs）從土壤通過(guò)轉(zhuǎn)化向臨床細(xì)菌的傳播。Raman-rD₂O敏感地從大量受體細(xì)胞中識(shí)別出低豐度的表型耐藥轉(zhuǎn)化子，隨后結(jié)合單細(xì)胞分選技術(shù)獲得目標(biāo)轉(zhuǎn)化菌，并進(jìn)行基因鑒定，從而探索耐藥基因的水平轉(zhuǎn)移。

文獻(xiàn)：Phenotypic Tracking of Antibiotic Resistance Spread via Transformation for Environment to Clinic

3. 嗜冷電活性微生物的mini-metagenome分析

采用拉曼單細(xì)胞分選技術(shù)，層次聚類分析、宏基因組測(cè)序相結(jié)合的方法，深入研究了嗜冷菌的基因與代謝功能。

文獻(xiàn)：Mini-metagenome analysis of psychrophilic electroactive biofilms based on single cell sorting

4. 鐵還原菌的熒光識(shí)別與單細(xì)胞分離培養(yǎng)

本文合成了一種Fe2+特異性熒光化學(xué)探針（FSFC），應(yīng)用熒光檢測(cè)與單細(xì)胞分選技術(shù)，將鐵還原菌（FeRM）從群落中識(shí)別并分離出來(lái)，而且實(shí)現(xiàn)了分離單細(xì)胞的培養(yǎng)，成功獲得了功能菌株。

文獻(xiàn)：Visualizing and isolating iron-reducing microorganisms at single cell level

5. 工程菌篩選

使用拉曼技術(shù)分別檢測(cè)產(chǎn)菊粉酶酵母和對(duì)照樣品的胞體及培養(yǎng)基代謝物，確定產(chǎn)菊粉酶的工程菌拉曼光譜存在差異，用其構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合可視化單細(xì)胞分選培養(yǎng)，提高工程菌篩選效率。