探索人體“第二基因組”——腸道菌群的奧秘，是生命科學(xué)與健康領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)。然而，傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)方法效率低、通量小，難以捕獲大量菌株，尤其對“嬌氣”的難養(yǎng)菌束手無策，嚴(yán)重制約了研究的深度與廣度。
現(xiàn)在，新的突破性解決方案來了!
MISS cell 高通量微升級液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)——腸道菌群研究的革命性利器，帶來前所未有的高效與精準(zhǔn)！
一、液滴體系、告別繁瑣低效的平板涂布，效率指數(shù)級提升!
MISS cell系統(tǒng)利用創(chuàng)新的液滴微流控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞級別的高通量分離與培養(yǎng)。本次實(shí)驗(yàn)以每小時5,000個液滴的速度共生成約30,000個液滴，并將這些液滴儲在高透性聚合物材質(zhì)的管路中，培養(yǎng)30天后，通過OD檢測模式篩選含菌液滴至96孔板中，共獲得了1,057個目標(biāo)單克隆菌株。同時，采用固體平板培養(yǎng)法進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，同樣條件下經(jīng)過30天的培養(yǎng)后，從培養(yǎng)皿中挑選出了536個菌落。與固體平板法相比，MISS cell系統(tǒng)產(chǎn)生的單克隆數(shù)量增加了1.97倍。
圖1：腸道微生物分離、培養(yǎng)與鑒定的工作流程圖。采用初始微生物懸液、固體平板法和MISS cell高通量微升級微滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)對同一腸道微生物進(jìn)行分離培養(yǎng)，隨后進(jìn)行測序分析。
二、難養(yǎng)菌檢出率顯著提升、物種多樣性深度挖掘!
傳統(tǒng)方法僅能分離培養(yǎng)約20%-30%的腸道微生物群，MISS cell為每個微生物細(xì)胞創(chuàng)造獨(dú)立、均一的微液滴培養(yǎng)環(huán)境，可以有效避免菌落間競爭抑制，為低豐度、難培養(yǎng)菌株提供最佳生長條件。
科水平物種多樣性
在科級物種多樣性方面，兩種方法都能富集出相同的34個科，而MISS cell進(jìn)一步富集了四個科：Bacteroidales
unclassified, Bacillales
Thermoactinomycetaceae, Burkholderiales Comamonadaceae, 以及 Enterobacterales unclassified ，并且輕松富集了原始微生物懸浮液中較低豐度的Clostridiales Family_XI, Clostridiales
Acidaminococcaceae, Desulfovibrionales esulfovibrionaceae，以及Enterobacterales Enterobacteriaceae。
圖2：腸道微生物分離培養(yǎng)所得單克隆菌落的科水平分析，左側(cè)展示維恩圖分析結(jié)果，右側(cè)展示群落組成分析結(jié)果
屬水平物種多樣性
在屬水平上，兩種方法均能富集74個微生物屬，而MISS cell還額外富集了13個微生物屬以及兩種未分類的微生物物種。其中，腸球菌科腸球菌屬和氨基酸球菌科考拉桿菌屬在原始微生物懸液中豐度較低，但通過MISS cell很容易被富集。
圖3：腸道微生物分離培養(yǎng)所得單克隆菌落的屬水平分析，左側(cè)展示維恩圖分析結(jié)果，右側(cè)展示群落組成分析結(jié)果
總體而言，在科和屬水平上，MISS cell培養(yǎng)方法的物種富集率分別提高了30.6%和37.9%。與平板培養(yǎng)法相比，其生長率分別提高了9%、10%，結(jié)果表明，MISS
cell培養(yǎng)法為原微生物懸浮液中比例較低或生長性能較差的菌株提供了更好的生長條件。
三、全流程自動化、省時、省力
MISS cell從單細(xì)胞液滴生成、恒溫厭氧培養(yǎng)、光學(xué)檢測（OD/熒光/化學(xué)發(fā)光）到目標(biāo)液滴精準(zhǔn)分選收集，全程自動化完成。大幅減少人工操作步驟和潛在污染風(fēng)險，顯著降低人力與時間成本，加速研究進(jìn)程。
圖4：MISS cell 工作流程
四、精準(zhǔn)可靠、數(shù)據(jù)直觀
- 基于泊松分布原理，確保液滴的單克隆性。
- 實(shí)時監(jiān)測液滴光密度(OD)或熒光信號，精準(zhǔn)設(shè)定篩選閾值。
- 目標(biāo)單克隆液滴將自動收集至96孔板，方便后續(xù)實(shí)驗(yàn)操作。
- 數(shù)據(jù)可視化，可直接讀取收集至孔板中每孔的OD值。
圖5：96孔板塊熱圖的屏幕截圖。根據(jù)來自收集的液滴的信號，對值進(jìn)行歸一化以獲得孔板的熱圖，該熱圖可以用于根據(jù)顏色區(qū)分每個克隆的單克隆菌株的培養(yǎng)性能。
結(jié)論
與平板培養(yǎng)方法相比，MISS cell能夠培養(yǎng)出更多種類的腸道微生物群落，為微生物培養(yǎng)組學(xué)研究提供了重要的潛力和價值。
此外，MISS cell 支持熒光、化學(xué)發(fā)光和基于 OD 的生物量檢測，因此能夠針對微生物的生長性能以及特定基因或蛋白質(zhì)的表達(dá)水平進(jìn)行測定。在分選方面，該平臺采用重力滴落將目標(biāo)液滴收集至多孔板中，通過結(jié)合自動化機(jī)械臂與目標(biāo)液滴篩選機(jī)制，MISS cell 實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定且高精度的液滴篩選，使其成為一個生物友好的篩選平臺。
文章鏈接
https://app.jove.com/cn/v/67925/automated-and-high-throughput-microbial-monoclonal-cultivation-and-picking-using-the-single-cell-microliter-droplet-culture-omics-system
探索人體“第二基因組”——腸道菌群的奧秘，是生命科學(xué)與健康領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)。然而，傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)方法效率低、通量小，難以捕獲大量菌株，尤其對“嬌氣”的難養(yǎng)菌束手無策，嚴(yán)重制約了研究的深度與廣度。
現(xiàn)在，新的突破性解決方案來了!
MISS cell 高通量微升級液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)——腸道菌群研究的革命性利器，帶來前所未有的高效與精準(zhǔn)！
一、液滴體系、告別繁瑣低效的平板涂布，效率指數(shù)級提升!
MISS cell系統(tǒng)利用創(chuàng)新的液滴微流控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞級別的高通量分離與培養(yǎng)。本次實(shí)驗(yàn)以每小時5,000個液滴的速度共生成約30,000個液滴，并將這些液滴儲在高透性聚合物材質(zhì)的管路中，培養(yǎng)30天后，通過OD檢測模式篩選含菌液滴至96孔板中，共獲得了1,057個目標(biāo)單克隆菌株。同時，采用固體平板培養(yǎng)法進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，同樣條件下經(jīng)過30天的培養(yǎng)后，從培養(yǎng)皿中挑選出了536個菌落。與固體平板法相比，MISS cell系統(tǒng)產(chǎn)生的單克隆數(shù)量增加了1.97倍。
圖1：腸道微生物分離、培養(yǎng)與鑒定的工作流程圖。采用初始微生物懸液、固體平板法和MISS cell高通量微升級微滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)對同一腸道微生物進(jìn)行分離培養(yǎng)，隨后進(jìn)行測序分析。
二、難養(yǎng)菌檢出率顯著提升、物種多樣性深度挖掘!
傳統(tǒng)方法僅能分離培養(yǎng)約20%-30%的腸道微生物群，MISS cell為每個微生物細(xì)胞創(chuàng)造獨(dú)立、均一的微液滴培養(yǎng)環(huán)境，可以有效避免菌落間競爭抑制，為低豐度、難培養(yǎng)菌株提供最佳生長條件。
科水平物種多樣性
在科級物種多樣性方面，兩種方法都能富集出相同的34個科，而MISS cell進(jìn)一步富集了四個科：Bacteroidales
unclassified, Bacillales
Thermoactinomycetaceae, Burkholderiales Comamonadaceae, 以及 Enterobacterales unclassified ，并且輕松富集了原始微生物懸浮液中較低豐度的Clostridiales Family_XI, Clostridiales
Acidaminococcaceae, Desulfovibrionales esulfovibrionaceae，以及Enterobacterales Enterobacteriaceae。
圖2：腸道微生物分離培養(yǎng)所得單克隆菌落的科水平分析，左側(cè)展示維恩圖分析結(jié)果，右側(cè)展示群落組成分析結(jié)果
屬水平物種多樣性
在屬水平上，兩種方法均能富集74個微生物屬，而MISS cell還額外富集了13個微生物屬以及兩種未分類的微生物物種。其中，腸球菌科腸球菌屬和氨基酸球菌科考拉桿菌屬在原始微生物懸液中豐度較低，但通過MISS cell很容易被富集。
圖3：腸道微生物分離培養(yǎng)所得單克隆菌落的屬水平分析，左側(cè)展示維恩圖分析結(jié)果，右側(cè)展示群落組成分析結(jié)果
總體而言，在科和屬水平上，MISS cell培養(yǎng)方法的物種富集率分別提高了30.6%和37.9%。與平板培養(yǎng)法相比，其生長率分別提高了9%、10%，結(jié)果表明，MISS
cell培養(yǎng)法為原微生物懸浮液中比例較低或生長性能較差的菌株提供了更好的生長條件。
三、全流程自動化、省時、省力
MISS cell從單細(xì)胞液滴生成、恒溫厭氧培養(yǎng)、光學(xué)檢測（OD/熒光/化學(xué)發(fā)光）到目標(biāo)液滴精準(zhǔn)分選收集，全程自動化完成。大幅減少人工操作步驟和潛在污染風(fēng)險，顯著降低人力與時間成本，加速研究進(jìn)程。
圖4：MISS cell 工作流程
四、精準(zhǔn)可靠、數(shù)據(jù)直觀
- 基于泊松分布原理，確保液滴的單克隆性。
- 實(shí)時監(jiān)測液滴光密度(OD)或熒光信號，精準(zhǔn)設(shè)定篩選閾值。
- 目標(biāo)單克隆液滴將自動收集至96孔板，方便后續(xù)實(shí)驗(yàn)操作。
- 數(shù)據(jù)可視化，可直接讀取收集至孔板中每孔的OD值。
圖5：96孔板塊熱圖的屏幕截圖。根據(jù)來自收集的液滴的信號，對值進(jìn)行歸一化以獲得孔板的熱圖，該熱圖可以用于根據(jù)顏色區(qū)分每個克隆的單克隆菌株的培養(yǎng)性能。
結(jié)論
與平板培養(yǎng)方法相比，MISS cell能夠培養(yǎng)出更多種類的腸道微生物群落，為微生物培養(yǎng)組學(xué)研究提供了重要的潛力和價值。
此外，MISS cell 支持熒光、化學(xué)發(fā)光和基于 OD 的生物量檢測，因此能夠針對微生物的生長性能以及特定基因或蛋白質(zhì)的表達(dá)水平進(jìn)行測定。在分選方面，該平臺采用重力滴落將目標(biāo)液滴收集至多孔板中，通過結(jié)合自動化機(jī)械臂與目標(biāo)液滴篩選機(jī)制，MISS cell 實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定且高精度的液滴篩選，使其成為一個生物友好的篩選平臺。
文章鏈接
https://app.jove.com/cn/v/67925/automated-and-high-throughput-microbial-monoclonal-cultivation-and-picking-using-the-single-cell-microliter-droplet-culture-omics-system
