PRECI SCS-R300 拉曼单细胞分选仪

PRECI SCS-R300拉曼单细胞分选仪是一款集共聚焦拉曼光谱检测系统与单细胞可视化分选系统为一体的细胞识别与分离设备,基于拉曼光谱技术对目标菌进行识别,并在单细胞水平上进行测序、培养等研究,搭建单细胞表型与基因型的桥梁,为各领域单细胞研究提供新策略。此外,拉曼分选技术还可用于微塑料等微小颗粒的识别与分离研究。

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一、产品介绍

PRECI SCS-R300拉曼单细胞分选仪是一款集共聚焦拉曼光谱检测系统与单细胞可视化分选系统为一体的细胞识别与分离设备,基于拉曼光谱技术对目标菌进行识别,并在单细胞水平上进行测序、培养等研究,搭建单细胞表型与基因型的桥梁,为各领域单细胞研究提供新策略。此外,拉曼分选技术还可用于微塑料等微小颗粒的识别与分离研究。

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PRECI SCS-R300的单细胞分选原理

二、微生物单细胞研究意义

单细胞研究是目前生物学研究热点前沿领域。过去十年来,在动物学研究中利用单细胞技术重新理解了细胞分化、细胞周期和细胞免疫等重要的生命过程。然而对微生物单细胞的研究目前尚处于起步阶段,所以实现微生物单细胞鉴定、功能菌快速筛选、微生物鉴定、可视化单细胞分离和高通量筛选,将为微生物的研究提供技术突破。

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传统群体研究方法:对微生物群落的整体检测,得到的是平均值无法反应不同细胞在群落中的功能;宏基因测序虽然能反应群落的组成与丰度,但仍无法准确找到哪种微生物发挥关键作用。

单细胞研究新技术:能够绕过培养阶段,在单细胞水平上建立表型与基因型的联系,有效解决群体研究存在的问题,为功能微生物、突变株、耐药菌、未/难培养微生物等研究提供新策略。

三、微生物单细胞研究策略

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四、研究领域

细胞生物学(细胞种类鉴定、细胞代谢检测等)、植物发育学(遗传育种、遗传机制研究等)、遗传学(干细胞生长、分化、成熟的动态监测等)、微生物学(微生物种属鉴定、药敏检测等)、病理学(肿瘤精准分选、肿瘤术中导航、快速病理分析等)、药代动力学(药物在细胞中的代谢监测等)、免疫学(免疫微环境等)、食品学(食品安全、发酵工程菌等)等。

五、实验方案

1. 基于形态的微生物单细胞分离

根据微生物细胞的长度、宽度、长径比、规则度等形态学指标,进行识别、定位与编号,自动将目标形态的微生物单细胞分离出来。

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微生物单细胞智能图像识别功能

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单细胞分选结果

 

2. 基于拉曼光谱的微生物单细胞识别与分离

2.1 耐药菌/功能微生物(如有机物降解菌)的拉曼识别

重水标记:对于有代谢活性的微生物细胞,D2O会经代谢进入碳骨架,形成C-D键,使峰位红移至静默区。使用此方法可以检测细菌/细胞在压力环境下(如抗生素、高温、高压等)的代谢活性,从而鉴定耐药菌或极端微生物。

13C或15N稳定同位素标记:13C或15N同位素探针能够通过底物完成对生物标志物的标记,带有重同位素的生物标志物,其拉曼特征谱线因同位效应将发生红移动(同位素结合率>10%时),采用光谱对比分析很容易鉴别出来,进而确定目标微生物单细胞。

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功能菌拉曼识别流程

 

2.2 研究样品中的“未知菌”(无法确定目标菌的种属、功能等信息)

微生物单细胞内所有化合物的拉曼信号构成的“单细胞拉曼图谱”可作为其“化学指纹”,进行细胞种属的区分和鉴定,具有快速、灵敏、非破坏性等优势,开辟了微生物鉴定的一个全新领域。首先,使用形态特征对细胞进行初筛,再应用拉曼光谱聚类分析法,将样品中的微生物划分为不同类别,应用可视化弹射分选的方式,将各类别的微生物细胞分离出来,进行全基因组扩增及高通量测序分析。

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“未知菌”单细胞研究方案

 

3. 基于荧光的微生物单细胞分离

根据目标菌的荧光信号(自发荧光、荧光染料、探针标记、FISH等),将单细胞识别并分离出来。

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荧光菌单细胞分离

 

六、应用案例

1.肠道耐药微生物研究

本文应用结合同位素-拉曼光谱、单细胞分选与mini-meta测序分析技术,对人肠道微生物中的耐药菌群进行研究,揭示肠道耐药菌与个人用药史之间的相关性。

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文献:Raman-activated sorting of antibiotic-resistant bacteria in human gut microbiota

2.D2O探针追踪耐药基因的水平转移

单细胞拉曼光谱结合逆向D2O标记(Raman- rD2O)是一种灵敏、快速的表型工具,可用于跟踪质粒携带抗生素耐药基因(ARGs)从土壤通过转化向临床细菌的传播。Raman-rD2O敏感地从大量受体细胞中识别出低丰度的表型耐药转化子,随后结合单细胞分选技术获得目标转化菌,并进行基因鉴定,从而探索耐药基因的水平转移。

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文献:Phenotypic Tracking of Antibiotic Resistance Spread via Transformation for Environment to Clinic

3. 嗜冷电活性微生物的mini-metagenome分析

采用拉曼单细胞分选技术,层次聚类分析、宏基因组测序相结合的方法,深入研究了嗜冷菌的基因与代谢功能。

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文献:Mini-metagenome analysis of psychrophilic electroactive biofilms based on single cell sorting

 

4. 铁还原菌的荧光识别与单细胞分离培养

本文合成了一种Fe2+特异性荧光化学探针(FSFC),应用荧光检测与单细胞分选技术,将铁还原菌(FeRM)从群落中识别并分离出来,而且实现了分离单细胞的培养,成功获得了功能菌株。

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文献:Visualizing and isolating iron-reducing microorganisms at single cell level

5. 工程菌筛选

使用拉曼技术分别检测产菊粉酶酵母和对照样品的胞体及培养基代谢物,确定产菊粉酶的工程菌拉曼光谱存在差异,用其构建的数据库,结合可视化单细胞分选培养,提高工程菌筛选效率。

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