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青島能源所開發(fā)出高覆蓋度的單細(xì)胞拉曼分選-測(cè)序技術(shù)
2020年06月16日 08:44:40 來源：青島生物能源與過程研究所 點(diǎn)擊量：4018

拉曼激活細(xì)胞分選耦合測(cè)序是菌群單細(xì)胞分析的重要手段，但其低基因組覆蓋度一直困擾著業(yè)界。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞中心發(fā)明了全新的單細(xì)胞拉曼分選-測(cè)序技術(shù)RAGE-Seq，實(shí)現(xiàn)了菌群中單個(gè)目標(biāo)細(xì)胞近100%覆蓋度的精準(zhǔn)測(cè)序。該工作發(fā)表于Small。

　　【化工儀器網(wǎng) 科技前沿】拉曼激活細(xì)胞分選耦合測(cè)序是菌群單細(xì)胞分析的重要手段，但其低基因組覆蓋度一直困擾著業(yè)界。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞中心發(fā)明了全新的單細(xì)胞拉曼分選-測(cè)序技術(shù)RAGE-Seq，實(shí)現(xiàn)了菌群中單個(gè)目標(biāo)細(xì)胞近100%覆蓋度的精準(zhǔn)測(cè)序。該工作發(fā)表于Small。
 
　　微生物組是地球上能量與元素循環(huán)的主要載體，與人體、動(dòng)植物以及環(huán)境的健康也息息相關(guān)。因此，微生物組的探測(cè)、理解和利用，將跨越“尚難培養(yǎng)微生物屏障”，帶來生命科學(xué)及其應(yīng)用的共性突破。單細(xì)胞拉曼光譜能夠無需培養(yǎng)而快速識(shí)別菌群中細(xì)胞的各種代謝功能(Biotechnol Adv, 2019)，但是一直以來，針對(duì)菌群的單細(xì)胞拉曼分選和測(cè)序都面臨著兩個(gè)瓶頸：首先，如何無損快速地獲取特定拉曼表型的單個(gè)細(xì)胞；其次，如何高覆蓋度地獲得精確到一個(gè)細(xì)胞的基因組。
 
　　針對(duì)上述問題，青島能源所單細(xì)胞中心徐騰、公衍海、蘇曉璐等發(fā)明了一種在液相環(huán)境中測(cè)量與分選菌群中目標(biāo)微生物單細(xì)胞的拉曼分選-測(cè)序耦合技術(shù)RAGE-Seq(Raman-activated Gravity-driven Encapsulation and Sequencing；圖1)。它通過聯(lián)用光鑷及微流控液滴技術(shù)，將特定拉曼表型的細(xì)菌單細(xì)胞從群體中精準(zhǔn)分離，并包裹到皮升級(jí)液滴中，然后采用宏觀移液的方式便可將包裹有目標(biāo)細(xì)胞的液滴導(dǎo)出轉(zhuǎn)移到試管中，從而快速、精確、簡便地實(shí)現(xiàn)“單個(gè)細(xì)胞-單個(gè)液滴-單個(gè)試管”的拉曼分選流程，可直接耦合下游細(xì)胞培養(yǎng)或基因組分析。
 
　　由于目標(biāo)細(xì)胞在分選過程中始終包裹于水相環(huán)境中，RAGE-Seq有效降低了拉曼分選中激光引入的細(xì)胞損傷。其導(dǎo)出的單細(xì)胞液滴體系，經(jīng)過簡單震蕩后可轉(zhuǎn)變成乳化擴(kuò)增體系，大幅度降低了傳統(tǒng)單細(xì)胞基因擴(kuò)增(如單細(xì)胞MDA)中存在的偏好性，從而可從一個(gè)細(xì)胞得到近乎完整的全基因組信息。此外，其獨(dú)特的單液滴分選轉(zhuǎn)移形式，有效解決了單細(xì)胞分析中常見的污染問題。
 
　　基于單細(xì)胞中心前期發(fā)明的重水孵育單細(xì)胞拉曼藥敏快檢技術(shù)(Anal Chem, 2017)，研究人員用RAGE-Seq從臨床尿液樣本中直接識(shí)別和分選出耐受特定抗生素的臨床大腸桿菌，并進(jìn)行了精確到一個(gè)細(xì)胞的全基因組測(cè)序，覆蓋度可達(dá)99.5%。這一高覆蓋度保證了基因組上所有耐藥基因突變均得以全面、精確地揭示。
 
　　從菌群中直接、精準(zhǔn)地獲取一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞的藥敏性表型及其完整基因組，以往還未有先例。因此，RAGE-Seq的這一獨(dú)特能力，預(yù)計(jì)將帶來臨床感染診斷和用藥、耐藥性傳播監(jiān)控與機(jī)制、海洋生態(tài)監(jiān)控與資源挖掘等領(lǐng)域的一系列突破。
 
　　基于RAGE-Seq，單細(xì)胞中心推出了臨床單細(xì)胞拉曼藥敏快檢儀CAST-R，以及和現(xiàn)有熒光/明場(chǎng)顯微鏡耦合的模塊式單細(xì)胞微液滴分離系統(tǒng)EasySort。這些原創(chuàng)的系列儀器正在服務(wù)各種場(chǎng)景下的單細(xì)胞功能分選與測(cè)序(圖1)。
 
　　該工作由單細(xì)胞中心馬波和徐健主持完成。該工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金委、山東省自然科學(xué)基金委的資助。
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