微生物代謝工程領(lǐng)域因液滴培養(yǎng)篩選系統(tǒng)的應(yīng)用而加速發(fā)展。傳統(tǒng)代謝工程中,評(píng)估工程菌株的性能通常需要經(jīng)過(guò)繁冗的搖瓶培養(yǎng)或微孔板檢測(cè),通量有限且成本高昂。液滴微流控技術(shù)能夠?qū)蝹€(gè)工程菌株封裝在液滴中,并添加特定的底物或指示劑,通過(guò)監(jiān)測(cè)液滴內(nèi)代謝產(chǎn)物的積累或熒光信號(hào)的變化,快速評(píng)估數(shù)千個(gè)工程菌株的生產(chǎn)性能。例如,在生物燃料生產(chǎn)中,可以基于液滴內(nèi)脂質(zhì)積累量進(jìn)行高通量篩選;在酶制劑開發(fā)中,可通過(guò)熒光底物檢測(cè)酶活性。更重要的是,液滴系統(tǒng)允許實(shí)施多輪遞進(jìn)式篩選策略,通過(guò)多參數(shù)排序和液滴融合等技術(shù),逐步富集性能優(yōu)異的突變體。這種基于液滴的篩選策略不僅大幅提高了篩選通量,降低了試劑消耗,還能夠檢測(cè)到傳統(tǒng)方法可能遺漏的稀有高性能變種,加速了細(xì)胞工廠的構(gòu)建進(jìn)程。液滴培養(yǎng)技術(shù)可耦合質(zhì)譜分析,直接對(duì)微滴內(nèi)細(xì)胞產(chǎn)物的化學(xué)組成進(jìn)行鑒定。寧夏OD液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)

在代謝產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)與作用機(jī)制研究這一傳統(tǒng)領(lǐng)域,液滴培養(yǎng)組學(xué)帶來(lái)了顛覆性的創(chuàng)新思路。面對(duì)病原微生物耐藥性日益嚴(yán)峻的全球挑戰(zhàn),從復(fù)雜環(huán)境樣本或合成化合物庫(kù)中快速篩選新型代謝產(chǎn)物變得至關(guān)重要。液滴系統(tǒng)通過(guò)將單個(gè)環(huán)境微生物(如土壤細(xì)菌)與報(bào)告病原菌共同包裹在微滴中,構(gòu)建了海量的“生產(chǎn)者-指示者”對(duì)。在共培養(yǎng)過(guò)程中,如果生產(chǎn)者菌株能夠分泌抑制或殺死報(bào)告病原菌的活性物質(zhì),其所在的微滴便會(huì)通過(guò)報(bào)告菌的熒光減弱或形態(tài)變化等讀出信號(hào)被識(shí)別。隨后,這些“命中”的液滴可以被分選出來(lái),用于活性化合物的分離與鑒定。這種基于共培養(yǎng)的策略,不僅顯著提高了篩選通量、降低了試劑消耗,更重要的是它能夠直接挖掘微生物之間在自然狀態(tài)下存在的拮抗相互作用,更容易發(fā)現(xiàn)具有新穎結(jié)構(gòu)或作用機(jī)制的活性先導(dǎo)化合物。此外,該系統(tǒng)同樣適用于研究代謝產(chǎn)物對(duì)病原菌的作用機(jī)理:將藥物與單個(gè)細(xì)菌包裹,通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間活細(xì)胞成像,可以在單細(xì)胞水平精確觀察藥物誘導(dǎo)的形態(tài)變化、生長(zhǎng)抑制或殺滅動(dòng)力學(xué),揭示異質(zhì)性的耐藥應(yīng)答,為理解耐藥性產(chǎn)生機(jī)制和開發(fā)聯(lián)合用藥策略提供寶貴的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。 杭州液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)在生物能源領(lǐng)域,該技術(shù)用于快速進(jìn)化能高效生產(chǎn)生物燃料的工程微藻。

在腸道菌群研究領(lǐng)域,液滴微流控技術(shù)為解決微生物“暗物質(zhì)”難題提供了劃時(shí)代的工具。傳統(tǒng)體外培養(yǎng)方法嚴(yán)重依賴人工培養(yǎng)基配方,導(dǎo)致人體腸道中超過(guò)80%的微生物物種難以在實(shí)驗(yàn)室條件下生長(zhǎng),這一瓶頸極大地限制了對(duì)腸道菌群功能與機(jī)制的深入探索。液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)通過(guò)將單個(gè)微生物細(xì)胞與多樣化的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)共同包裹在微滴中,構(gòu)建了海量的“單細(xì)胞-微環(huán)境”組合。每個(gè)微滴相當(dāng)于一個(gè)超微型的單獨(dú)培養(yǎng)單元,可以并行測(cè)試成千上萬(wàn)種不同的培養(yǎng)條件,包括特定的碳氮源、生長(zhǎng)因子、信號(hào)分子或抑制劑。這種高通量、低成本的篩選策略,使得研究人員能夠以“撒網(wǎng)”的方式探索不可培養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)偏好,從而發(fā)現(xiàn)其生存所需的獨(dú)特營(yíng)養(yǎng)組合或物理化學(xué)信號(hào)。當(dāng)某個(gè)液滴中的微生物成功增殖時(shí),其特定的培養(yǎng)條件信息便與微生物的身份被同步鎖定。通過(guò)流式細(xì)胞分選術(shù)或微流控分選技術(shù),這些“被喚醒”的微生物可以被回收,用于后續(xù)的擴(kuò)大培養(yǎng)、基因組測(cè)序或功能驗(yàn)證。該方法不僅極大地拓展了可培養(yǎng)的腸道微生物資源庫(kù),更有助于揭示不同菌株在復(fù)雜群落中的生態(tài)位與相互作用網(wǎng)絡(luò),為理解腸道微生態(tài)在健康與疾病狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)變化提供了前所未有的分辨率。
環(huán)境中存在大量具有特定金屬抗性或轉(zhuǎn)化能力的微生物,它們?cè)谥亟饘傥廴局卫砗拖∮薪饘倩厥辗矫婢哂袘?yīng)用前景。液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)為研究這些微生物及其代謝機(jī)制提供了高通量平臺(tái)。該系統(tǒng)可以在液滴中添加不同種類和濃度的重金屬離子(如砷、鎘、汞、硒),從而高通量地篩選出具有耐受性或還原、沉淀能力的微生物。例如,針對(duì)能夠?qū)⒖扇苄詠單猁}還原為不溶性、無(wú)毒的紅色單質(zhì)硒的微生物,其生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)會(huì)直接導(dǎo)致液滴顏色變?yōu)榧t色,這一表型可以很容易地被光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)識(shí)別并用于分選。此外,對(duì)于具有吸附特定金屬離子能力的微生物,也可以利用熒光標(biāo)記的金屬離子或后續(xù)的微量分析技術(shù)來(lái)識(shí)別高效菌株。這種基于液滴的功能篩選策略,不僅有助于開發(fā)新型的生物修復(fù)劑用于治理重金屬污染,也為從電子廢棄物或工業(yè)廢水中回收有價(jià)值金屬提供了高效的微生物工具。該技術(shù)通過(guò)融合熒光用于液滴分選,實(shí)現(xiàn)基于特定表型的高通量細(xì)胞分選。

病原體-宿主相互作用研究借助液滴共培養(yǎng)系統(tǒng)取得了重要進(jìn)展。理解病原體如何與宿主細(xì)胞相互作用是傳染病防治的基礎(chǔ),但傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)模型難以在單細(xì)胞水平解析這種動(dòng)態(tài)過(guò)程。液滴微流控技術(shù)允許將單個(gè)病原體與單個(gè)宿主細(xì)胞共同封裝在微滴中,創(chuàng)建高度標(biāo)準(zhǔn)化的影響單元。通過(guò)實(shí)時(shí)成像技術(shù),可以追蹤單個(gè)影響事件的全過(guò)程,包括病原體附著、內(nèi)化、細(xì)胞內(nèi)復(fù)制和細(xì)胞裂解等關(guān)鍵步驟。這種單細(xì)胞分辨率的研究揭示了群體水平測(cè)量所掩蓋的異質(zhì)性,例如在同一群體中,不同宿主細(xì)胞對(duì)影響的響應(yīng)可能存在明顯差異。此外,通過(guò)調(diào)節(jié)液滴內(nèi)的微環(huán)境,如免疫因子濃度或藥物存在,能夠評(píng)估這些因素對(duì)影響結(jié)局的影響。這些研究為理解影響生物學(xué)提供了新視角,也為抗影響藥物篩選提供了更加精細(xì)的平臺(tái)。 通過(guò)集成溫控模塊,系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溫度敏感型微生物的精確培養(yǎng)與篩選。吉林在線培養(yǎng)液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)
該系統(tǒng)利用微流控技術(shù)生成數(shù)萬(wàn)個(gè)納升尺度的液滴,作為單獨(dú)的微型生物反應(yīng)器。寧夏OD液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)
細(xì)胞外囊泡作為細(xì)胞間通訊的關(guān)鍵介質(zhì),其研究長(zhǎng)期面臨分離困難、功能分析技術(shù)復(fù)雜等挑戰(zhàn)。液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)為此提供了創(chuàng)新的研究范式。通過(guò)將單個(gè)分泌細(xì)胞封裝在液滴內(nèi),可以將其分泌的囊泡限制在微小的封閉空間中進(jìn)行累積和富集,避免了傳統(tǒng)培養(yǎng)上清中囊泡被稀釋的問題。隨后,可對(duì)液滴進(jìn)行免疫熒光染色以量化囊泡的特定表面標(biāo)志物,或者將分泌細(xì)胞與報(bào)告細(xì)胞共封裝,直接在一個(gè)封閉系統(tǒng)中研究囊泡介導(dǎo)的功能性信號(hào)傳遞。這種方法為在單細(xì)胞分辨率下解析囊泡的生物發(fā)生、cargo裝載及其在生理病理過(guò)程中的功能提供了強(qiáng)大的新型工具。寧夏OD液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)
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