在環(huán)境微生物資源開發(fā)的征途上，研究者們常常面臨“大海撈針”的尷尬。長(zhǎng)光辰英的多模態(tài)、跨尺度微生物篩選平臺(tái)，以創(chuàng)新科技讓篩選從隨機(jī)低效轉(zhuǎn)向精準(zhǔn)高效。這一方案覆蓋單細(xì)胞到單克隆的全維度，融合形態(tài)、熒光、拉曼光譜等多模態(tài)表征與自動(dòng)化分選，助力構(gòu)建微生物資源庫(kù)、功能菌株挖掘。

1.“未培養(yǎng)”的困局：自然界中超過(guò)90%的微生物因生長(zhǎng)條件未知等原因，難以在平板上形成菌落，成為了通過(guò)傳統(tǒng)方法獲得純培養(yǎng)的“微生物暗物質(zhì)”。。

2.“低效率”的篩選：對(duì)于可培養(yǎng)微生物，傳統(tǒng)人工平板篩選也面臨工作量大、隨機(jī)性強(qiáng)、周期長(zhǎng)的難題。而機(jī)械臂無(wú)差別高通量挑取，又會(huì)導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)菌株被反復(fù)挑取，造成后續(xù)鑒定成本高昂。

慧眼識(shí)“菌”：RAcolony讓可培養(yǎng)微生物篩選告別“重復(fù)勞動(dòng)”

對(duì)于能在平皿上生長(zhǎng)的微生物，我們的目標(biāo)是：高效去重，只選不同！

創(chuàng)新性地將菌落宏觀成像、微觀圖像AI特征提取、拉曼“分子指紋”智能分析與自動(dòng)化挑取工作站相結(jié)合，在培養(yǎng)皿原位實(shí)現(xiàn)基于菌落表型的智能“去重復(fù)”。

靶向篩菌：PRECI SCS實(shí)現(xiàn)功能微生物單細(xì)胞的靶向篩選。

對(duì)于那90%“不給面子”的難培養(yǎng)微生物，采用先鑒定，再擴(kuò)培的新策略。

采用多維表型識(shí)別技術(shù)在單細(xì)胞層面上識(shí)別功能個(gè)體，再進(jìn)行自動(dòng)化分選與培養(yǎng)。

· 冰川微生物的高效“去重”篩選

結(jié)合菌落微觀成像和拉曼光譜技術(shù)，挑取總菌落數(shù)不到1/10數(shù)量（38/480）的菌落，物種覆蓋率超過(guò)90%（15/16）。

拉曼去重菌落光譜相關(guān)展示圖和菌落挑取數(shù)量與物種覆蓋度關(guān)系。

冰川尋寶：與RAcolony高通量菌落智能篩選系統(tǒng)踏上冰川微生物探索之旅

· 活性污泥中雙酚A降解菌的原位識(shí)別

依托Raman-SIP技術(shù)的13C-BPA拉曼信號(hào)，精準(zhǔn)定位代謝活躍的降解菌細(xì)胞后進(jìn)行原位分選，分選后細(xì)胞無(wú)需復(fù)雜處理，可直接用于MDA基因組擴(kuò)增及后續(xù)宏基因組測(cè)序，高效銜接“功能表型（拉曼信號(hào)）-基因型（基因序列）”全分析流程。

基于拉曼技術(shù)與涂布法分離功能性單細(xì)胞和單菌落的流程示意圖。

右為涂布法分離流程，左為拉曼-穩(wěn)定同位素探針(Raman-SIP)結(jié)合單細(xì)胞分選(PRECI SCS)流程

用戶文章丨《J. Hazard. Mater.》中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所揭示活性污泥中雙酚A降解菌原位識(shí)別新方法

· 高效篩選活性溶磷菌

通過(guò)單細(xì)胞分析技術(shù)與拉曼光譜聯(lián)用，建立了活性PSB篩選-分選-功能解析的全流程方案。

Raman-D₂O標(biāo)記篩選高活性PSB流程圖

用戶文章丨《Nature Food》中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所團(tuán)隊(duì)發(fā)表基于單細(xì)胞分離技術(shù)的土壤原生解磷菌原位活性檢測(cè)新方法

· 活性降解菌的定向培養(yǎng)

活性降解菌的定向培養(yǎng)建立RACS-SIP-GDC的新方法，從復(fù)雜環(huán)境群落中精準(zhǔn)識(shí)別、定向分離和培養(yǎng)功能微生物，為真實(shí)環(huán)境中特定有機(jī)污染物降解微生物的培養(yǎng)提供了技術(shù)支持。

RACS-SIP-GDC 技術(shù)的方案示意圖

用戶文章丨《ES&T》單細(xì)胞基因組指導(dǎo)培養(yǎng)：李繼兵/羅春玲團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用RACS-SIP-GDC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)功能微生物定向培養(yǎng)

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