基于人造磁細(xì)菌和微流控技術(shù)的細(xì)菌同步化器

近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所劉陳立實驗室在細(xì)菌細(xì)胞周期同步化的方法上獲得了新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Microfluidic synchronizer using a synthetic nanoparticle-capped bacterium（基于人造磁細(xì)菌和微流控技術(shù)的細(xì)菌同步化器）為題，以封面文章的形式發(fā)表于國際合成生物學(xué)專業(yè)期刊ACS Synthetic Biology《美國化學(xué)學(xué)會·合成生物學(xué)》（ACS Synthetic Biology, DOI: 10.1021/acssynbio.9b00058. IF=5.316）。

細(xì)菌無處不在，與日常生活、人類健康息息相關(guān)。它同時也是科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中重要的研究對象與工具。然而，半個世紀(jì)以來，“細(xì)菌如何控制自身細(xì)胞周期”這個基本科學(xué)問題一直是未解之謎。在實驗室培養(yǎng)過程中，由于實驗操作和細(xì)菌特性等原因，細(xì)胞群體通常是由一個個處于細(xì)胞周期不同階段的個體組成的，研究人員無法從這種混合體研究對象中了解特定細(xì)胞周期所發(fā)生的事件。因此，細(xì)胞同步化方法的建立是細(xì)胞周期研究的關(guān)鍵。現(xiàn)存的細(xì)菌同步化方法具有較大的局限性，并不足以獲得高質(zhì)量、干擾小的同步化細(xì)菌細(xì)胞，這嚴(yán)重阻礙了相關(guān)研究的開展。

為了解決上述問題，劉陳立實驗室采用合成生物學(xué)的方法構(gòu)建了一個人造磁細(xì)菌，為大腸桿菌的一端添加了人工合成的磁納米顆粒，使其具有趨磁性。在此基礎(chǔ)上，以微流控芯片為載體，使用磁鐵將該人造磁細(xì)菌的一端吸附在微流控通道的表面，使母細(xì)胞在持續(xù)流通的新鮮培養(yǎng)基中進(jìn)行正常的生長分裂。由于新分裂的子細(xì)胞不具有磁納米顆粒，因此會隨培養(yǎng)基流出同步化芯片。在短時間內(nèi)收集得到的細(xì)胞都是剛分裂結(jié)束產(chǎn)生的新生子細(xì)胞，在接種到新鮮培養(yǎng)基后，可以維持2-3個周期的同步化生長。該方法不僅克服了傳統(tǒng)方法的局限性，提高了細(xì)菌同步化的質(zhì)量，并且對不同菌株具有較為廣泛的適用性。這一研究將合成生物學(xué)應(yīng)用于細(xì)菌生理學(xué)研究，為合成生物學(xué)在基礎(chǔ)生物學(xué)研究中的應(yīng)用提供了新的思路。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金，中科院重點部署等項目支持。