基于微流控技术实现严格厌氧条件下的细菌单细胞培养与实时观测

马智鑫 邓宇芳 于 跃 李思宏 梁 帆 夏 霖* 黄术强*

1(中国科学院深圳先进技术研究院 深圳合成生物学创新研究院 中国科学院定量工程生物学重点实验室广东省合成基因组学重点实验室 深圳 518055)

2(中国科学院大学 北京 100049)

1 引 言

近年来，得益于 DNA 测序技术的不断迭代优化，微生物组研究取得了蓬勃发展[1]。微生物培养方法是微生物相关研究的绝对基础，是不可绕开的关键一环[2]。传统的微生物培养方法包括选择培养法、平板单克隆培养法、基于密度/细胞尺寸筛选法和有限稀释法等，均为微生物实验室的常用基础方法。微生物学家通过各种培养方法能够获得特定细胞株系的纯培养，进而为各种细胞生理学实验提供准确而充足的研究对象。但由于某些微生物相关培养方法的缺失，大大阻碍了研究者对其一些基本属性的认知，进而影响到相关生态以及生物学现象的研究[3]。

传统细菌培养方法所得到的纯培养物，理论上应是来源于同一菌株，几乎不存在明显的遗传变异[4]，通过对其进行测量能够获得许多生理学参数，包括生长速率、死亡率、细胞尺寸分布和基因表达强度等，也能够获得类似Monod 方程这样对工业生产有着一定指导意义的经验公式[5]。而随着对细胞生理状态噪声与随机波动相关研究的逐渐深入[6-7]，研究者们越来越意识到细胞异质性的存在与重要性[8]，即从某种角度来讲每个单细胞都可能与其他细胞有所区别。若要对细菌进行单细胞水平的培养与研究，则传统的群体培养方法已不能满足要求，需要开发新的实验培养技术[2]。……