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新型单细胞分选与测序对接技术问世仪器微型化更进一步-亚博APP安全有保障

2021-01-25 

本文摘要:最近,中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心研究员马波率领的微流控系统团队,通过设计简陋高效的单细胞分选与测序接入装置,构建了每个试管有且只有一个细胞(One-Cell-One-Tube),未来将会服务于“现场”、“动态”乃至“便携式”的单细胞分选与测序。

最近,中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心研究员马波率领的微流控系统团队,通过设计简陋高效的单细胞分选与测序接入装置,构建了每个试管有且只有一个细胞(One-Cell-One-Tube),未来将会服务于“现场”、“动态”乃至“便携式”的单细胞分选与测序。为了符合实地考察自然界中细胞“原位功能”这一共性科学市场需求,“现场”、“动态”的单细胞分选与测序已沦为生命科学装备研制领域的一个最重要发展趋势。尽管第三代测序技术已构建仪器微型化,但与测序接入的单细胞精准分选装备却依然非常轻巧和便宜,无法承托各种科学考察中针对微生物组功能的现场分析。

与人体和高等动植物细胞比起,微生物细胞一般来说更加小(0.1-10微米),更为难以精准操控,因此分离出来提供目标单细胞、并且构建测序反应拒绝的“One-Cell-One-Tube”是一个关键难题。目前的自动单细胞分离出来方法大多依赖便宜且体积可观的荧光流式细胞分选仪(FACS),而现有的手动单细胞分离出来和测序方案在依赖操作者人员熟练程度的同时,某种程度必须显微镜单细胞移液平台、激光光双带等某种程度无法随身携带的大中型仪器。

此外,单细胞分选及核酸制取过程不易受到环境中漂浮微生物及其DNA的污染,而且这种污染一般来说无法在测序数据处理环节几乎除去。因此,尽管目前MinION等第三代测序仪早已构建了便携化,微生物单细胞分选和测序依然操作者繁复、污染阻碍相当严重,无法满足要求。针对上述挑战,青岛能源所单细胞中心张强和王婷婷等发明者了一种取名为“FOCOT”(FacileOne-Cell-One-Tube的简写)的方法,需要准确、高速、低成本地分离出来、提供与填装单个微生物细胞,从而与单细胞测序必要接入。

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该方法明确为:首先,通过微流触技术,将细胞集中包覆在数十微米直径的油包水微液滴中;其次,基于液滴显微镜光学光学辨识技术,分投票决定单细胞包覆液滴;第三,将单细胞包覆液滴顺序产于于系列试管中,从而较慢构建单个细胞的分离出来,以及每个试管有且只有一个细胞,以构建与单细胞仅有基因组扩充与测序的必要接入。FOCOT平台主要有三个特色。

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第一,在简陋便利方面,FOCOT平台除自行设计的芯片之外,仅有必须电磁阀、平板电脑和普通光学显微镜,不须要外接任何低成本商品化仪器平台,具备不易提供、不易更换、低成本等优势。同时,模块化、小型化、操作者简单的设计使得该装置合适在自然环境实地取样条件下的装载、组装和用于,也完全不必须额外的人员培训和技术确保,因此特别是在限于于面向各种极端自然环境的科学考察,也不利于在普通实验室的推广应用。第二,在分选高效方面,FOCOT平台通过显微镜下对包覆有单个细胞的液滴的精确辨识和分选,能有效地防止假阳性;而且其20秒/个的分选速度,与显微镜单细胞移液、激光光双带等现有的商品化分选装备比起具备显著优势。

同时,单细胞提供亲率低于90%,培育顺利比例最少80%,证明该方法能有效地防止芯片表面导电所造成的输送过程中细胞萎缩,而且对细胞活性没或较小受损。第三,在污染掌控方面,FOCOT平台牵涉到部件较少,体积小型化,比较堵塞,因此在实验过程中需要便利地构建超强洁净环境空间掌控、芯片消毒等操作者,严格控制环境DNA的污染。

对分离出来提供的单个酵母细胞展开仅有基因组扩充与测序后结果显示,99%的有效地序列可以与参照基因组给定,指出该方法能有效地防止环境中微生物带给的DNA污染,平均值基因组覆盖率超过43.3%,与在便宜的超净空间设施中使用FACS等大型仪器系统分离出来提供单细胞所取得的测序结果非常。目前,通过耦合FOCOT与中心前期研发的单细胞拉曼光学、拉曼流式细胞分选等技术,单细胞中心正在建构一个服务于岸基、船基乃至手基等有所不同市场需求的非标记式单细胞分析装备体系,以服务于能源、环境、身体健康、海洋、土壤等诸多微生物组应用领域。涉及研究论文公开发表在《科学报告》上。

研究工作由单细胞中心马波和徐健联合主持人已完成,取得了国家基金委科学仪器基础研究专项、面上项目和中科院生物高通量分析技术服务网络(STS)等项目的反对。


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