近日，江蘇大學生物質(zhì)能源研究院朱道辰團隊在《Insect Science》上發(fā)表題目為“Single-cell micoliter droplet screening microfluidic system enables high-throughput isolation and *** of lignin-degrading bacteria from the termite gut"的研究成果，即《基于單細胞微升液滴的微流控系統(tǒng)助力高通量分離培養(yǎng)白蟻腸道木質(zhì)素降解菌》。該研究將高通量微升級液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)（MISS cell）應用于白蟻腸道微生物研究，為挖掘難培養(yǎng)的微生物功能資源提供了強大的方法學工具。
一、研究背景:
木質(zhì)素是植物生物質(zhì)的關(guān)鍵組分之一，其高效降解與轉(zhuǎn)化是生物質(zhì)資源化利用的難點。白蟻腸道作為一個天然的木質(zhì)纖維素降解系統(tǒng)，蘊藏著大量未被培養(yǎng)的微生物資源，尤其在木質(zhì)素降解方面具有巨大潛力。然而，傳統(tǒng)瓊脂平板法難以全面獲取其中的微生物多樣性，嚴重制約了相關(guān)微生物資源的開發(fā)與利用。
二、研究方法：
本研究以高等白蟻（Nasutitermes tiantongensis）為樣本，將其腸道微生物懸液分別通過以下兩種方法進行培養(yǎng)：
● 傳統(tǒng)瓊脂平板法：
使用木質(zhì)素作為單一碳源的固體培養(yǎng)基進行劃線分離。
● MISS cell 方法：
基于液滴微流控技術(shù)，將腸道菌群單分散至獨立的微升級液滴中。每個液滴為一個封閉獨立的液體限域空間，有效避免了菌落間競爭，為弱勢及難培養(yǎng)菌株的生長提供了理想環(huán)境。
研究采用16S rRNA基因擴增子測序技術(shù)，對兩種方法獲得的菌株進行了系統(tǒng)的多樣性比較分析。
三、研究結(jié)果：
1.分離效率顯著提升：
MISS cell系統(tǒng)共分離出477個木質(zhì)素降解細菌菌落，而傳統(tǒng)方法僅獲得73個，菌落數(shù)量提升約6.5倍，顯示出其在微生物分離效率方面的顯著優(yōu)勢。
2.物種多樣性捕獲能力增強：
①兩種方法共獲得97個操作分類單元（OTUs）。其中，MISS cell方法有31個（31.96%），傳統(tǒng)方法有20個（20.62%）。
②MISS cell系統(tǒng)獲得的OTU總數(shù)較傳統(tǒng)方法高出16.7%。
③與傳統(tǒng)的瓊脂平板方法相比，MISS cell培養(yǎng)獲得的微生物群落具有更高的多樣性，表明該系統(tǒng)是獲取未培養(yǎng)微生物資源的有效工具。
3.群落結(jié)構(gòu)差異：
兩種方法均成功捕獲了變形菌門、厚壁菌門等主要細菌類群，但在屬級分類水平上，MISS cell展現(xiàn)了更豐富的物種組成，成功獲得了包括鏈霉菌、假單胞菌在內(nèi)的多種已知功能菌屬，同時包含了大量未分類的微生物類群。
研究結(jié)論：
本研究表明，MISS cell系統(tǒng)通過其獨特的微液滴培養(yǎng)體系，能夠更高效、更全面地分離白蟻腸道中的木質(zhì)素降解細菌，有效突破了傳統(tǒng)培養(yǎng)方法的技術(shù)局限。該技術(shù)為復雜環(huán)境樣本中難培養(yǎng)微生物的資源挖掘和功能開發(fā)提供了可靠的技術(shù)支持。
關(guān)于MISS cell
高通量微升級液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)(Single-cell Microliter-droplet Culture Omics System,MISS cell culture omics)是基于液滴微流控技術(shù)開發(fā)的微型化高通量單細胞培養(yǎng)及分選裝備，單次運行實驗可以處理約5000-20000個液滴（500-4000個單克隆)，液滴生成后存儲于高透氣性管路中進行孵育(0-60天)，最后通過光學信號（OD、熒光、化學發(fā)光等）進行檢測分選，實現(xiàn)對環(huán)境菌群在單細胞水平上的分離培養(yǎng)，將目標液滴分選保存至多孔板中。
四大優(yōu)勢
1、液滴體系
MISS cell的核心優(yōu)勢源于其獨特的微升級液滴體系設(shè)計，微液滴即獨立反應器，相對于傳統(tǒng)瓊脂平板法分離培養(yǎng)獲得物種豐富度更高
2、高效分離培養(yǎng)
MISS cell為每個微生物細胞創(chuàng)造獨立、均一的微液滴培養(yǎng)環(huán)境，可以有效避免交叉污染及菌落間競爭抑制，為低豐度、難培養(yǎng)菌株提供最佳生長條件
3、自動化程度高
MISS cell在樣本上機后，從制備、孵育、檢測、分選及目標液滴收集全流程自動化
4、應用場景豐富
MISS cell在細菌、酵母、霉菌、放線菌、藻類等高通量篩選；環(huán)境微生物分離與篩選；厭氧菌、固氮菌等特殊氣體環(huán)境微生物培養(yǎng)篩選；酶進化、抗體篩選、藥物篩選、合成生物學等場景均能高效應用
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