微流控視角：探索微生物在快速變化條件下的生長(zhǎng)策略-24年2月發(fā)表-Springer Nature

這是微納立方第48篇微流控推文

24年2月，Luisa Blöbaum等人于Springer Nature旗下的《Microbial Cell Factories》期刊上，發(fā)表了一篇關(guān)于“評(píng)估微生物在快速變化的環(huán)境下的表現(xiàn)和穩(wěn)定性”的新方法。簡(jiǎn)而言之，作者他們想了解當(dāng)微生物的生存環(huán)境突然變化時(shí)，它們的生長(zhǎng)速度、能量生產(chǎn)等關(guān)鍵功能是否能保持穩(wěn)定。這對(duì)于實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)應(yīng)用都非常重要，比如在制藥或釀酒過(guò)程中，了解微生物如何應(yīng)對(duì)環(huán)境變化可以幫助提高產(chǎn)量和質(zhì)量。

作者將動(dòng)態(tài)微流控單細(xì)胞培養(yǎng)（dMSCC）和魯棒性量化方法結(jié)合，這允許他們非常精確地控制和改變微生物周圍的環(huán)境，結(jié)合活細(xì)胞成像技術(shù)，實(shí)時(shí)觀察單個(gè)細(xì)胞的反應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是它能夠迅速改變條件，模擬自然環(huán)境中短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的變化，并評(píng)估微生物對(duì)幾秒或幾分鐘內(nèi)發(fā)生變化的性能穩(wěn)定性。

作者以釀酒酵母為例，通過(guò)在不同時(shí)間間隔內(nèi)交替提供和限制葡萄糖，模擬了“盛宴和饑餓”的周期，觀察酵母如何應(yīng)對(duì)這種快速變化的環(huán)境。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然酵母的生長(zhǎng)速度有所下降，但它們能夠調(diào)整自身，以增加能量?jī)?chǔ)備（即細(xì)胞內(nèi)ATP水平），尤其是在較長(zhǎng)周期震蕩中。然而，這種適應(yīng)也導(dǎo)致了個(gè)體間差異的增加，表明并非所有細(xì)胞都以相同的方式響應(yīng)環(huán)境變化。

通過(guò)這項(xiàng)研究，作者開發(fā)了一種半自動(dòng)化的分析流程，不僅能夠評(píng)估整個(gè)種群的表現(xiàn)，還能細(xì)致到亞種群和單細(xì)胞水平。這種方法為深入理解微生物如何應(yīng)對(duì)環(huán)境的快速變化提供了強(qiáng)大的工具，并且可以適用于研究其他微生物、使用不同的生物傳感器和培養(yǎng)條件。這些發(fā)現(xiàn)有望幫助改進(jìn)微生物菌株的開發(fā)和生物工程過(guò)程，使其更高效、更穩(wěn)定。

[1]. Blöbaum L, Torello Pianale L, Olsson L, et al. Quantifying microbial robustness in dynamic environments using microfluidic single-cell cultivation[J]. Microbial Cell Factories, 2024, 23(1): 44.

地址：https://doi.org/10.1186/s12934-024-02318-z

用到的產(chǎn)品：Fluigent Flow EZ壓力泵。

在這項(xiàng)研究中，F(xiàn)low EZ壓力泵通過(guò)維持含糖培養(yǎng)基的壓力在100 mbar，同時(shí)在70和220 mbar之間切換來(lái)控制無(wú)糖培養(yǎng)基的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)培養(yǎng)基流動(dòng)的精確控制。并通過(guò)設(shè)置不同的切換頻率（每1.5、6、12、24和48分鐘一次）來(lái)研究微生物對(duì)于不同生物時(shí)間尺度下環(huán)境變化的響應(yīng)。這些設(shè)置全部通過(guò)Fluigent的Oxygen軟件自定義實(shí)現(xiàn)。