液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)以液滴微流控技術(shù)為關(guān)鍵支撐，通過(guò)精密微通道設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)微生物或細(xì)胞的單顆粒封裝與精確操控，其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)包含液滴生成、操控、培養(yǎng)與分析四大模塊。在液滴生成環(huán)節(jié)，系統(tǒng)可通過(guò)微流控芯片以高達(dá) 20000 Hz 的頻率生成體積均一的皮升 / 微升級(jí)液滴，將單個(gè)微生物或細(xì)胞與培養(yǎng)基共同包裹其中，形成完全隔離的單獨(dú)培養(yǎng)微環(huán)境。培養(yǎng)模塊采用高透氣性聚合物管路作為容器，可提供可控氧分壓環(huán)境并支持長(zhǎng)達(dá) 60 天的長(zhǎng)時(shí)間孵育，同時(shí)避免瓊脂凝固產(chǎn)生的過(guò)氧化氫等抑制性物質(zhì)影響。檢測(cè)分析模塊則集成 OD600、多波段熒光及化學(xué)發(fā)光檢測(cè)功能，配合分選單元實(shí)現(xiàn)目標(biāo)液滴的精確篩選與收集，構(gòu)成 "生成 - 培養(yǎng) - 檢測(cè) - 分選" 的完整技術(shù)閉環(huán)。

在海洋微生物學(xué)中，該技術(shù)助力開(kāi)發(fā)了模擬深海條件的原位培養(yǎng)新策略。山西根系微生物液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)

    病原體-宿主相互作用研究借助液滴共培養(yǎng)系統(tǒng)取得了重要進(jìn)展。理解病原體如何與宿主細(xì)胞相互作用是傳染病防治的基礎(chǔ)，但傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)模型難以在單細(xì)胞水平解析這種動(dòng)態(tài)過(guò)程。液滴微流控技術(shù)允許將單個(gè)病原體與單個(gè)宿主細(xì)胞共同封裝在微滴中，創(chuàng)建高度標(biāo)準(zhǔn)化的影響單元。通過(guò)實(shí)時(shí)成像技術(shù)，可以追蹤單個(gè)影響事件的全過(guò)程，包括病原體附著、內(nèi)化、細(xì)胞內(nèi)復(fù)制和細(xì)胞裂解等關(guān)鍵步驟。這種單細(xì)胞分辨率的研究揭示了群體水平測(cè)量所掩蓋的異質(zhì)性，例如在同一群體中，不同宿主細(xì)胞對(duì)影響的響應(yīng)可能存在明顯差異。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)液滴內(nèi)的微環(huán)境，如免疫因子濃度或藥物存在，能夠評(píng)估這些因素對(duì)影響結(jié)局的影響。這些研究為理解影響生物學(xué)提供了新視角，也為抗影響藥物篩選提供了更加精細(xì)的平臺(tái)。 吉林微藻液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)液滴內(nèi)代謝物變化，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)追蹤微生物的生長(zhǎng)與代謝動(dòng)力學(xué)。

植物生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)科學(xué)正日益受益于液滴培養(yǎng)組學(xué)的發(fā)展。該系統(tǒng)可以用于高通量封裝植物的原生質(zhì)體，并施加不同的生物或非生物脅迫選擇壓力，從而在單細(xì)胞水平上大規(guī)模篩選具有抗逆性（如抗旱、耐鹽、抗病）的基因型或突變體。這些經(jīng)功能篩選出的優(yōu)良細(xì)胞可以通過(guò)組織培養(yǎng)技術(shù)再生為完整的植株，從而將傳統(tǒng)育種中需要數(shù)年甚至十?dāng)?shù)年的篩選過(guò)程大幅縮短。此外，該系統(tǒng)也為在精確可控的微環(huán)境中研究植物細(xì)胞與有益或病原微生物的初期互作提供了理想平臺(tái)，例如觀察菌體附著、共生體形成或超敏反應(yīng)爆發(fā)等早期事件，為闡明植物-微生物互作的分子基礎(chǔ)及開(kāi)發(fā)新型生物制劑開(kāi)辟了新途徑。

    微生物在自然環(huán)境中的絕大部分都處于營(yíng)養(yǎng)匱乏的休眠狀態(tài)或緩慢生長(zhǎng)狀態(tài)，這是傳統(tǒng)培養(yǎng)方法失敗的主要原因之一。液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)通過(guò)模擬這種低營(yíng)養(yǎng)通量的寡營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，為喚醒這些“沉默的大多數(shù)”提供了可能。與傳統(tǒng)使用富營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基不同，基于液滴的培養(yǎng)可以采用稀釋數(shù)百甚至數(shù)千倍的低濃度營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，或者直接使用過(guò)濾除菌的環(huán)境水樣（如海水、湖水、土壤浸出液）作為培養(yǎng)基。這種寡營(yíng)養(yǎng)條件避免了高速生長(zhǎng)帶來(lái)的毒性物質(zhì)積累和氧化應(yīng)激，更符合大多數(shù)微生物的原生境，從而能夠誘導(dǎo)那些在富營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基中無(wú)法啟動(dòng)生長(zhǎng)的微生物進(jìn)行分裂繁殖。同時(shí)，液滴的微尺度效應(yīng)本身也可能有利于微生物生長(zhǎng)，例如它增加了細(xì)胞與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及自身分泌的生長(zhǎng)因子的局部濃度，可能觸發(fā)了群體感應(yīng)或自刺激性生長(zhǎng)。研究人員可以將環(huán)境樣品進(jìn)行高度稀釋后封裝，確保大量液滴中只含有一個(gè)微生物細(xì)胞，并在溫和的條件下進(jìn)行長(zhǎng)期培養(yǎng)（數(shù)周甚至數(shù)月）。通過(guò)定期監(jiān)測(cè)液滴的濁度、熒光（來(lái)自活細(xì)胞染料）或代謝活性，可以識(shí)別出那些雖然生長(zhǎng)緩慢但能夠形成微菌落的液滴。這種方法極大地?cái)U(kuò)展了可培養(yǎng)微生物的范圍，特別是對(duì)于那些占據(jù)環(huán)境微生物主體、但此前一直未被認(rèn)識(shí)的稀有物種或候選門(mén)級(jí)類群。 該系統(tǒng)適用于樣本敏感性測(cè)試，可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成對(duì)病原體的快速藥敏分析。

在合成生物學(xué)領(lǐng)域，液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)已成為設(shè)計(jì)和優(yōu)化遺傳電路不可或缺的高效篩選平臺(tái)。合成生物學(xué)家需要構(gòu)建復(fù)雜的基因回路以調(diào)控細(xì)胞行為，但回路在真實(shí)細(xì)胞環(huán)境中的功能輸出常與理論設(shè)計(jì)存在偏差。利用該技術(shù)，可將攜帶不同基因回路變體或調(diào)控元件的大量工程菌株分別封裝至液滴中，并通過(guò)內(nèi)置的熒光報(bào)告基因?qū)崟r(shí)、定量監(jiān)測(cè)每個(gè)液滴內(nèi)回路的動(dòng)態(tài)功能，如蛋白質(zhì)表達(dá)水平、邏輯門(mén)響應(yīng)精度及背景泄露強(qiáng)度。隨后，借助熒光檢測(cè)液滴分選技術(shù)，能夠以每秒數(shù)千個(gè)的速率精細(xì)、無(wú)損地分離出性能好的細(xì)胞克隆，例如那些表達(dá)量高、響應(yīng)靈敏或串?dāng)_低的變體。這種超高通量的“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試”循環(huán)，將遺傳元件的篩選與優(yōu)化效率提升了數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。該系統(tǒng)利用微流控技術(shù)生成數(shù)萬(wàn)個(gè)納升尺度的液滴，作為單獨(dú)的微型生物反應(yīng)器。吉林微藻液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)

液滴培養(yǎng)組學(xué)為“微生物暗物質(zhì)”研究提供了照亮其生物學(xué)功能的明燈。山西根系微生物液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)

基于液滴的微生物單細(xì)胞基因組學(xué)為研究微生物多樣性提供了強(qiáng)有力的工具。該方法通過(guò)將單個(gè)微生物細(xì)胞分離到單獨(dú)的液滴中，在液滴內(nèi)進(jìn)行細(xì)胞裂解、基因組擴(kuò)增和測(cè)序文庫(kù)構(gòu)建等一系列操作。這種單細(xì)胞水平的分析避免了傳統(tǒng)宏基因組學(xué)中基因序列組裝的不確定性，能夠直接獲得完整的微生物基因組信息。特別對(duì)于不可培養(yǎng)的微生物，這種方法能夠揭示其遺傳特征和代謝潛能。技術(shù)在于每個(gè)液滴都是一個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)器，通過(guò)微流控控制實(shí)現(xiàn)試劑添加和反應(yīng)條件調(diào)節(jié)。近年來(lái)發(fā)展的多重置換擴(kuò)增技術(shù)提高了單細(xì)胞基因組的覆蓋度，減少了擴(kuò)增偏倚。該系統(tǒng)還允許在基因組分析前對(duì)液滴內(nèi)的微生物進(jìn)行表型篩選，例如根據(jù)代謝活性或底物利用能力對(duì)液滴進(jìn)行分選，實(shí)現(xiàn)功能與基因型的關(guān)聯(lián)分析。這在微生物群落功能研究中尤為重要，能夠直接將特定的代謝功能與特定的微生物種群聯(lián)系起來(lái)。
山西根系微生物液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)

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