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”時代。據(jù)悉，巴塞爾大學和馬克斯普朗克研究所的研究人員在國際著名期刊《Nature Communications》上面發(fā)表文章，報道“全球最小實驗室”的運營情況。

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

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

微流控分析單細胞反應(yīng)

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

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

細胞記憶對快速適應(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)來證明芯片實驗室的效率。他們用綠色熒光蛋白觀察大腸桿菌對葡萄糖和乳糖的交替營養(yǎng)變化反應(yīng)。他們站在單細胞分辨率角度，并從中發(fā)現(xiàn)了新的重要性質(zhì)。

第一輪交替，細菌轉(zhuǎn)變?yōu)槿樘侵苻D(zhuǎn)的時間發(fā)生延遲，但是，經(jīng)過幾輪反復交替的葡萄糖-乳糖刺激，細胞的反應(yīng)時間明顯加快，表現(xiàn)為生長時間越發(fā)提前。比較出乎意料的是，遺傳相關(guān)細胞系的滯后時間都很相似，說明細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)計和圖像分析軟件MoMA的所有相關(guān)信息，以及這項研究的原始數(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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