精確到一個細胞的拉曼分析—分選—測序。中科院青島生物能源與過程研究所供圖
（記者廖洋通訊員劉佳）近日，中科院青島生物能源與過程研究所單細胞中心基于自主研制的重力驅動單細胞液滴包裹拉曼分選（RAGE）技術、儀器和相應試劑盒，首次實現了精確到一個細菌細胞、全基因組覆蓋度超過92%的環境菌群單細胞拉曼分選耦合測序（scRACS-Seq），為環境微生物組原位代謝功能研究提供了一個強有力的新工具。相關論文發表于《美國微生物學會期刊》。
scRACS-Seq是剖析土壤等環境菌群代謝機制的重要手段。然而，針對環境菌群的scRACS-Seq一直以來存在兩大瓶頸，一是難以無損、快速地獲取具有特定拉曼表型的單個細胞；二是難以獲得高覆蓋度的單細胞基因組數據。
針對上述問題，該所單細胞中心荊曉艷、公衍海和徐騰等組成的聯合攻關小組，基于前期發明的RAGE-Seq技術，從液相拉曼分析穩定同位素底物飼喂的土壤菌群出發，將特定拉曼表型的細菌單細胞精準分離并包裹到皮升級液滴中，進而耦合下游基因組測序。
研究結果表明，土壤菌群中細胞代謝活躍的低豐度物種可經耦合重水飼喂與標記的RAGE-Seq精準地識別和分選，其單細胞基因組覆蓋率高達近93％；同樣，基于RAGE-Seq，含類胡蘿卜素的土壤微生物細胞能實現單個細胞分辨率、高基因組覆蓋度的代謝重建，從而完整、深入地挖掘其類胡蘿卜素合成途徑。
此外，該工作還通過組分與狀態均精確可控的人工菌群，建立了系統且嚴格的scRACS-Seq質量評價與控制體系。
基于該體系，團隊發現，該技術能將不同拉曼表型的細菌單細胞從菌群中快速、精準分離，在保證單細胞拉曼光譜質量的同時，分選準確性達100%。此外，以來自于靶標細胞周圍水相的空液滴為陰性對照，發現靶標細胞序列被菌群中其他細胞DNA污染的概率極低。這些工作定量證明了scRACS-Seq的靈敏度、特異性和可靠性。
在此基礎上，單細胞中心研制和產業化單細胞拉曼分選—測序耦合系統（RACS-Seq儀器），以及相應的RAGE芯片和單細胞分析試劑盒。該系統廣譜適用于細菌、古菌、真菌和動植物細胞，服務于涵蓋各種復雜生態系統的研究和應用。
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