基于人造磁細菌和微流控技術(shù)的細菌同步化器

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

細菌無處不在，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，半個世紀以來，“細菌如何控制自身細胞周期”這個基本科學問題一直是未解之謎。在實驗室培養(yǎng)過程中，由于實驗操作和細菌特性等原因，細胞群體通常是由一個個處于細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胞周期所發(fā)生的事件。因此，細胞同步化方法的建立是細胞周期研究的關(guān)鍵。現(xiàn)存的細菌同步化方法具有較大的局限性，并不足以獲得高質(zhì)量、干擾小的同步化細菌細胞，這嚴重阻礙了相關(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的方法構(gòu)建了一個人造磁細菌，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菌的一端吸附在微流控通道的表面，使母細胞在持續(xù)流通的新鮮培養(yǎng)基中進行正常的生長分裂。由于新分裂的子細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)收集得到的細胞都是剛分裂結(jié)束產(chǎn)生的新生子細胞，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應(yīng)用于細菌生理學研究，為合成生物學在基礎(chǔ)生物學研究中的應(yīng)用提供了新的思路。

該研究得到了國家自然科學基金，中科院重點部署等項目支持。