基于单细胞拉曼的工具用于从自然界中高效挖掘活的功能性微生物

目前，科学家从环境中分离具有特定代谢功能的特定微生物的最佳方法是采集细胞样本，培养它们，然后筛选它们以获得所需的细胞功能。

这种方法有几个限制。首先，科学家们还没有鉴定出自然界中的大多数细胞，将结果限制在以前培养的细胞上。其次，细胞在试管中的行为方式不一定是它们在自然界或原位的行为方式。这会使识别具有正确代谢功能的正确细胞变得困难。

中国科学院青岛生物能源与生物过程技术研究所(QIBEBT)的研究人员提出了一种新技术，称为单细胞拉曼激活分选和培养，或scRACS-Culture，用于从首先筛选细胞，然后培养它们。

该研究于10月30日在ISMECommunications上发表。

“基于功能的自然微生物挖掘传统上采用‘先培养，后筛选’的策略，但存在一些局限性，”论文第一作者、QIBEBT单细胞中心高级工程师景晓燕说。“通过采用可溶解磷酸盐的微生物作为模型，我们引入了一种‘筛选优先’的策略，称为单细胞拉曼激活分选和培养。”

使用一种名为RACS-Seq的新型仪器，研究人员通过挖掘微生物来证明scRACS-Culture的可行性，以从城市污水处理厂进行原位有机磷酸盐溶解活动。这显示了该技术的实际用例，因为这种有机磷增溶菌株是非常抢手的资源，因为它们可以对抗水体和土壤中的污染，促进作物的养分吸收，提高肥料效率并减少使用的化学肥料。

研究人员使用scRACS-Culture方法直接从废水样本中挖掘这些细胞，方法是在只有有机磷酸盐底物可用时观察它们的代谢率。他们指出，这种独立于培养的“筛选优先”策略的优势在于它可以筛选微生物组中的所有细胞，而不仅仅是那些可以培养的细胞。

此外，这种策略可以评估细胞的原位功能，这通常比试管中纯培养的功能更相关。它也适用于多种有价值的细胞代谢功能。“由于这项技术可以以无荧光探针的方式测量广泛的代谢表型，它应该极大地扩展功能驱动的单细胞技术在微生物组科学和工业中的使用，”共同第一作者龚燕海说，QIBEBT单细胞中心助理研究员。

为了提高scRACS-Culture的成功率，他们设想了一种策略，通过对其单细胞基因组的代谢重建来释放目标细胞的营养需求。然后可以利用这些知识来优化培养基，以将这些尚未培养的单细胞培养成有价值的活细菌培养物，用于动植物健康和环境修复。

领导该研究的QIBEBT单细胞中心徐健教授表示，展望未来，该团队正计划进一步提升该技术的规模和产量，以便从广泛的生态系统中高效挖掘“益生菌”。.