2024年6月15日，上海理工大學(xué)劉箐教授與山西師范大學(xué)晉程妮、閆帥帥團(tuán)隊在《Foods》期刊上發(fā)表了題為“Raman-Activated Cell Ejection for Validating the Reliability of the Raman Fingerprint Database of Foodborne Pathogens”的論文，該研究通過拉曼檢測結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測了食源性病原菌類型，并通過單細(xì)胞分選結(jié)合16s鑒定及宏基因組測序技術(shù)驗證了該方法預(yù)測的準(zhǔn)確性。核心產(chǎn)品——P300激光共聚焦拉曼光譜儀及PRECI SCS微生物單細(xì)胞分選儀有幸為本研究中食源性病原菌的檢測及分選驗證提供了有力工具。
一、研究背景
二、實驗方法
該研究為評估拉曼檢測聯(lián)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型在食源性病原菌識別分類中的有效性，采用了不同機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行比較，后又通過激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)（LIFT）對混合樣品進(jìn)行單細(xì)胞分選，進(jìn)而確定其實際的物種類型，驗證預(yù)測的準(zhǔn)確性。將4種不同的常見食源性病原菌（大腸桿菌ATCC 43895、副溶血性弧菌ATCC 33847、李斯特菌ATCC 19115、金黃色葡萄球菌ATCC 29213）進(jìn)行拉曼檢測建庫，并比較了3種機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)測準(zhǔn)確率，選擇了準(zhǔn)確率最高的分類模型對4種菌的混合菌液進(jìn)行了識別分類。接著，通過單細(xì)胞分選技術(shù)將預(yù)測為同類型的單細(xì)胞收集在一起，通過16s rDNA測序和宏基因組測序驗證預(yù)測細(xì)胞的物種信息是否與預(yù)測一致。
圖1 分選擴(kuò)增驗證拉曼檢測與機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確率流程圖
三、結(jié)果
選取了4種常見的食源性病原菌，包括大腸桿菌ATCC 43895、副溶血性弧菌ATCC 33847、李斯特菌ATCC 19115及金黃色葡萄球菌ATCC 29213（2種革蘭氏陰性菌和2種革蘭氏陽性菌）。對4種菌進(jìn)行拉曼檢測，并利用HOOKE IntP線下分析軟件進(jìn)行了預(yù)處理，圖2A為4種菌的平均光譜。先前的研究表明，540cm-1和1421cm-1為肽聚糖的可見峰，1087cm-1為磷壁酸的典型峰，革蘭氏陽性菌較革蘭氏陰性菌擁有更多的肽聚糖和磷壁酸。對3個峰位處的拉曼光譜峰強(qiáng)進(jìn)行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)拉曼光譜結(jié)果與實際菌的表型是相符的（圖2B）。
圖2 4種常見食源性病原菌的平均光譜與峰強(qiáng)統(tǒng)計
A為金黃色葡萄球菌、李斯特菌、副溶血性弧菌與大腸桿菌（從上到下依次，并不代表峰強(qiáng)）預(yù)處理后的平均拉曼光譜；B為4種菌在3個峰位處的峰強(qiáng)統(tǒng)計。
圖3 3種機(jī)器學(xué)習(xí)模型對4種食源性病原菌預(yù)測集的分類準(zhǔn)確率
圖4 基于分類模型的上游預(yù)測與基于基因組測序的下游驗證的比較
高質(zhì)量的基因組DNA擴(kuò)增產(chǎn)物在16S rRNA擴(kuò)增產(chǎn)物的凝膠電泳圖中表現(xiàn)出特定的明亮條帶，這些擴(kuò)增產(chǎn)物來自單細(xì)胞分選后的細(xì)胞。1~5為大腸桿菌，6~10為副溶血性弧菌，11~15為單核細(xì)胞增多性李斯特菌，16~20為金黃色葡萄球菌，N為陰性對照。
四、結(jié)論
文章鏈接：
https://www.mdpi.com/2304-8158/13/12/1886
五、辰英價值
本研究將自主研發(fā)的P300共聚焦拉曼光譜儀與PRECI SCS微生物可視化單細(xì)胞分選儀聯(lián)用，在單細(xì)胞層面上成功搭建了食源性病原菌表型與基因型間的橋梁。
首先，憑借P300高靈敏度、高穩(wěn)定性的拉曼光譜采集特點，為食源性病原菌單細(xì)胞在短時間（1s）內(nèi)實現(xiàn)快速檢測提供了可能。
隨后，基于激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)（LIFT），不僅對拉曼識別到的微生物單細(xì)胞實現(xiàn)了快速、精準(zhǔn)地分選，而且與全基因組擴(kuò)增及測序技術(shù)相結(jié)合，在本文食源性病原菌的檢測與分類驗證過程中起到了核心作用，實現(xiàn)了對食源性病原菌表型與基因型特征的有效對應(yīng)。
這對揭示病原菌的生物學(xué)特征和基因代謝機(jī)制具有重要意義，為食源性病原菌的快速診斷和防控提供了新的視角。
六、研究團(tuán)隊介紹
閆帥帥，博士，山西師范大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，碩士生導(dǎo)師，主要從事食品污染源危害控制，主持省部級項目1項，參與國家重點研發(fā)項目2項，發(fā)表SCI論文10篇。
劉箐教授，博士，上海理工大學(xué)健康科學(xué)與工程學(xué)院三級教授，碩士、博士生導(dǎo)師，食源性致病菌危害與控制研究所所長，主要從事食品安全及醫(yī)學(xué)臨床等生物靶標(biāo)的快速檢測，腸道菌群生物大數(shù)據(jù)解析與疾病早期診斷基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。2011年入選國家高層次人才計劃；主持（參與）國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等國家和省部級科研項目30余項；已發(fā)表科研論文200余篇，持有國家發(fā)明專利30余項，獲省部級自然科學(xué)獎、科技進(jìn)步獎一、二等多項。建立了我國第一個病原細(xì)菌單克隆抗體庫；自主研發(fā)了“腸道菌群宏基因組大數(shù)據(jù)自主分析平臺”；建立了“中國病原細(xì)菌菌種庫”(China Pathogenic Bacteria Collection, CPBC)；正在構(gòu)建的人類腸道菌群元基因組數(shù)據(jù)庫（Human Intestinal Flora Metagenomic Database, HIFMD）。
往期推薦
2024-06-20
2024-04-10
2023-05-17
2022-09-30
全部評論(0條)
相關(guān)產(chǎn)品推薦（★較多用戶關(guān)注☆）
超快三維熒光成像系統(tǒng)
報價：面議 已咨詢 2803次
高通量菌落智能篩選系統(tǒng)
報價：面議 已咨詢 2822次
共聚焦拉曼光譜儀
報價：面議 已咨詢 2815次
顆粒物檢測儀
報價：面議 已咨詢 2522次
微生物單細(xì)胞分選儀
報價：面議 已咨詢 2610次
近紅外共聚焦拉曼光譜儀
報價：面議 已咨詢 2777次
微生物單細(xì)胞分選儀
報價：面議 已咨詢 2749次
單細(xì)胞光鑷操縱與分選系統(tǒng)
報價：面議 已咨詢 785次
你可能還想看
①本文由儀器網(wǎng)入駐的作者或注冊的會員撰寫并發(fā)布，觀點僅代表作者本人，不代表儀器網(wǎng)立場。若內(nèi)容侵犯到您的合法權(quán)益，請及時告訴,我們立即通知作者，并馬上刪除。
②凡本網(wǎng)注明"來源：儀器網(wǎng)"的所有作品，版權(quán)均屬于儀器網(wǎng)，轉(zhuǎn)載時須經(jīng)本網(wǎng)同意，并請注明儀器網(wǎng)(m.sdczts.cn)。
③本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明來源的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點或證實其內(nèi)容的真實性，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
④若本站內(nèi)容侵犯到您的合法權(quán)益，請及時告訴,我們馬上修改或刪除。郵箱：hezou_yiqi
熱點文章
近期話題
相關(guān)產(chǎn)品
在線留言
關(guān)注微信公眾號
微信小程序
滬公網(wǎng)安備 31011502008050號
參與評論
登錄后參與評論