生物儀器開發(fā)已經(jīng)不可阻擋地邁入了量身定做的“微型”時(shí)代。據(jù)悉，巴塞爾大學(xué)和馬克斯普朗克研究所的研究人員在國(guó)際著名期刊《Nature Communications》上面發(fā)表文章，報(bào)道“全球最小實(shí)驗(yàn)室”的運(yùn)營(yíng)情況。

該研究組的研究人員建立了一個(gè)附帶自動(dòng)分析軟件的新型芯片實(shí)驗(yàn)室，該集成設(shè)備可在動(dòng)態(tài)控制的環(huán)境變化中研究單個(gè)細(xì)菌細(xì)胞的基因調(diào)控。另外，這種微型芯片裝備成“小實(shí)驗(yàn)室”尺寸非常的小，僅為一個(gè)火柴盒大小。直徑約為千分之一毫米的頻道內(nèi)可容納2000個(gè)細(xì)菌單細(xì)胞生長(zhǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)分頻道數(shù)據(jù)采集分析。

通過記錄數(shù)千幅瞬時(shí)顯微圖像，微型芯片實(shí)驗(yàn)室可追蹤長(zhǎng)達(dá)幾天內(nèi)數(shù)代大腸桿菌的精確生長(zhǎng)和行為，并自動(dòng)生成大量原始數(shù)據(jù)，精確量化這些圖像的分析軟件名叫MoMA。

微流控分析單細(xì)胞反應(yīng)

這一系統(tǒng)不僅可以讓研究人員了解單個(gè)細(xì)胞的基因調(diào)控過程，而且還可知曉細(xì)菌對(duì)不同環(huán)境的多樣性適應(yīng)性反應(yīng)。

“微流控芯片也能解答細(xì)菌之間如何相互溝通、如何應(yīng)對(duì)壓力，以及不同細(xì)菌菌株之間的‘互利互惠關(guān)系’是否有助于促進(jìn)它們的適應(yīng)性等問題，在整個(gè)細(xì)胞群落內(nèi)，單細(xì)胞的所有異質(zhì)性都被平均化了，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果常常是誤導(dǎo)性的，因此單細(xì)胞分析的重要性不言而喻。” 巴塞爾大學(xué)教授Erik van Nimwegen說。

細(xì)胞記憶對(duì)快速適應(yīng)非常重要

該研究所利用基因調(diào)控“乳糖操縱子”模型系統(tǒng)來證明芯片實(shí)驗(yàn)室的效率。他們用綠色熒光蛋白觀察大腸桿菌對(duì)葡萄糖和乳糖的交替營(yíng)養(yǎng)變化反應(yīng)。他們站在單細(xì)胞分辨率角度，并從中發(fā)現(xiàn)了新的重要性質(zhì)。

第一輪交替，細(xì)菌轉(zhuǎn)變?yōu)槿樘侵苻D(zhuǎn)的時(shí)間發(fā)生延遲，但是，經(jīng)過幾輪反復(fù)交替的葡萄糖-乳糖刺激，細(xì)胞的反應(yīng)時(shí)間明顯加快，表現(xiàn)為生長(zhǎng)時(shí)間越發(fā)提前。比較出乎意料的是，遺傳相關(guān)細(xì)胞系的滯后時(shí)間都很相似，說明細(xì)菌保留了祖先的行為記憶。該系統(tǒng)的未來應(yīng)用空間廣闊，目前有關(guān)芯片設(shè)計(jì)和圖像分析軟件MoMA的所有相關(guān)信息，以及這項(xiàng)研究的原始數(shù)據(jù)都可公開訪問。

原文檢索：
Monitoring single-cell gene regulation under dynamically controllable conditions with integrated microfluidics and software, Nature Communications, 2018, 9, 212.  doi:10.1038/s41467-017-02505-0.

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