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      應(yīng)用案例
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      天木生物MISS cell在土壤微生物分離中的應(yīng)用

      來(lái)源:   作者: 發(fā)布日期:2024-03-14 訪問(wèn)量:2781

      前言


            微生物個(gè)體微小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、進(jìn)化地位低、分布區(qū)域廣,在不同的生存環(huán)境進(jìn)化形成了各具特色的生態(tài)系統(tǒng)。土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)特征的相關(guān)分析對(duì)從土壤微生態(tài)方面降低作物種植成本、提高品質(zhì)具有重要實(shí)踐意義。同時(shí)復(fù)雜的生存環(huán)境為土壤微生物帶來(lái)了豐富的生物多樣性和獨(dú)特的生化機(jī)制以及代謝途徑,使其在新型生物活性物質(zhì)的生產(chǎn)方面擁有著巨大的潛力。

            但從復(fù)雜的土壤微生物菌群中篩選出合適的菌株始終是一個(gè)工作量比較大的任務(wù)。傳統(tǒng)方法篩選菌種的一般步驟為:菌種采集富集培養(yǎng)純種分離性能測(cè)定菌種保藏,該方法步驟繁瑣、耗時(shí)較久,需要投入巨大的工作量和重復(fù)勞動(dòng)。因此為了增加篩選效率,科研人員不斷的去構(gòu)建新型的篩選理論和自動(dòng)化設(shè)備,諸多方法也已經(jīng)成功的被應(yīng)用在了土壤微生物的篩選領(lǐng)域,如變性梯度凝膠電泳法、實(shí)時(shí)熒光定量 PCR和微陣列

            天木生物高通量微升級(jí)液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)(single cell microliter-droplet culture omics system, MISS cell culture omics)是基于液滴微流控技術(shù)開(kāi)發(fā)的微型化高通量單細(xì)胞培養(yǎng)及分選裝備,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境菌群在單細(xì)胞水平上進(jìn)行分離培養(yǎng),液滴生成后存儲(chǔ)于高透氣性管路中進(jìn)行孵育,最后通過(guò)光學(xué)信號(hào)(OD、熒光、化學(xué)發(fā)光等)進(jìn)行檢測(cè)分選,分選后的液滴進(jìn)入多孔板中,用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。


      實(shí)驗(yàn)過(guò)程

            本案例使用天木生物高通量微升級(jí)液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)構(gòu)建了土壤微生物的高效篩選模型。

            本次實(shí)驗(yàn)樣本為野外土壤,稱(chēng)取2g樣品,加入5倍體積的生理鹽水和玻璃珠,4℃過(guò)夜震蕩。靜置沉降后取上清,用血球板計(jì)數(shù),根據(jù)上清中菌含量稀釋成3個(gè)濃度梯度(樣品ABC),上機(jī)生成液滴,室溫培養(yǎng)。同時(shí)按照MISS cell上樣濃度的5倍分別制成樣品DEF,涂平板,室溫培養(yǎng)并統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)。

            液滴盤(pán)培養(yǎng)15-45天,從60882個(gè)液滴分選出帶菌液滴5628個(gè),同時(shí)涂布平板共88個(gè),統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)共761個(gè)。測(cè)序結(jié)果顯示:原始土壤中共檢測(cè)出1264種菌,液滴體系中共檢測(cè)出86種菌,平板體系共檢測(cè)出73種菌(圖2)。其中液滴中鑒定出50多種未能在平板中獲得的菌株,包括布魯氏菌、缺陷短波單胞菌等7大類(lèi)的菌只在液滴中富集。同時(shí)由于液滴是單細(xì)胞包裹后培養(yǎng),收集液滴中超過(guò)95%是可以進(jìn)行鑒定后保藏。


      結(jié)論

            本案例以OD閾值作為篩選依據(jù),對(duì)土壤中的多種微生物進(jìn)行了有效分離,并成功檢測(cè)出了86株不同的微生物,比傳統(tǒng)方法篩選種類(lèi)高了17.8%,同時(shí)大大降低人工成本。該方法證明了微流控篩選系統(tǒng)在土壤微生物分離中的有效性。

      202403

      圖1 土壤微生物篩選實(shí)驗(yàn)流程


      202403-1


      圖2 原始土樣、液滴和平板富集的細(xì)菌測(cè)序結(jié)果


      202403-2


      圖3 原始土樣、液滴和平板富集的細(xì)菌種類(lèi)差異






      前言


            微生物個(gè)體微小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、進(jìn)化地位低、分布區(qū)域廣,在不同的生存環(huán)境進(jìn)化形成了各具特色的生態(tài)系統(tǒng)。土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)特征的相關(guān)分析對(duì)從土壤微生態(tài)方面降低作物種植成本、提高品質(zhì)具有重要實(shí)踐意義。同時(shí)復(fù)雜的生存環(huán)境為土壤微生物帶來(lái)了豐富的生物多樣性和獨(dú)特的生化機(jī)制以及代謝途徑,使其在新型生物活性物質(zhì)的生產(chǎn)方面擁有著巨大的潛力。

            但從復(fù)雜的土壤微生物菌群中篩選出合適的菌株始終是一個(gè)工作量比較大的任務(wù)。傳統(tǒng)方法篩選菌種的一般步驟為:菌種采集富集培養(yǎng)純種分離性能測(cè)定菌種保藏,該方法步驟繁瑣、耗時(shí)較久,需要投入巨大的工作量和重復(fù)勞動(dòng)。因此為了增加篩選效率,科研人員不斷的去構(gòu)建新型的篩選理論和自動(dòng)化設(shè)備,諸多方法也已經(jīng)成功的被應(yīng)用在了土壤微生物的篩選領(lǐng)域,如變性梯度凝膠電泳法、實(shí)時(shí)熒光定量 PCR和微陣列

            天木生物高通量微升級(jí)液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)(single cell microliter-droplet culture omics system, MISS cell culture omics)是基于液滴微流控技術(shù)開(kāi)發(fā)的微型化高通量單細(xì)胞培養(yǎng)及分選裝備,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境菌群在單細(xì)胞水平上進(jìn)行分離培養(yǎng),液滴生成后存儲(chǔ)于高透氣性管路中進(jìn)行孵育,最后通過(guò)光學(xué)信號(hào)(OD、熒光、化學(xué)發(fā)光等)進(jìn)行檢測(cè)分選,分選后的液滴進(jìn)入多孔板中,用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。


      實(shí)驗(yàn)過(guò)程

            本案例使用天木生物高通量微升級(jí)液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)構(gòu)建了土壤微生物的高效篩選模型。

            本次實(shí)驗(yàn)樣本為野外土壤,稱(chēng)取2g樣品,加入5倍體積的生理鹽水和玻璃珠,4℃過(guò)夜震蕩。靜置沉降后取上清,用血球板計(jì)數(shù),根據(jù)上清中菌含量稀釋成3個(gè)濃度梯度(樣品ABC),上機(jī)生成液滴,室溫培養(yǎng)。同時(shí)按照MISS cell上樣濃度的5倍分別制成樣品DEF,涂平板,室溫培養(yǎng)并統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)。

            液滴盤(pán)培養(yǎng)15-45天,從60882個(gè)液滴分選出帶菌液滴5628個(gè),同時(shí)涂布平板共88個(gè),統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)共761個(gè)。測(cè)序結(jié)果顯示:原始土壤中共檢測(cè)出1264種菌,液滴體系中共檢測(cè)出86種菌,平板體系共檢測(cè)出73種菌(圖2)。其中液滴中鑒定出50多種未能在平板中獲得的菌株,包括布魯氏菌、缺陷短波單胞菌等7大類(lèi)的菌只在液滴中富集。同時(shí)由于液滴是單細(xì)胞包裹后培養(yǎng),收集液滴中超過(guò)95%是可以進(jìn)行鑒定后保藏。


      結(jié)論

            本案例以OD閾值作為篩選依據(jù),對(duì)土壤中的多種微生物進(jìn)行了有效分離,并成功檢測(cè)出了86株不同的微生物,比傳統(tǒng)方法篩選種類(lèi)高了17.8%,同時(shí)大大降低人工成本。該方法證明了微流控篩選系統(tǒng)在土壤微生物分離中的有效性。

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      圖1 土壤微生物篩選實(shí)驗(yàn)流程


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      圖2 原始土樣、液滴和平板富集的細(xì)菌測(cè)序結(jié)果


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      圖3 原始土樣、液滴和平板富集的細(xì)菌種類(lèi)差異






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