主题:单细胞

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中科院青岛能源所发明拉曼激活单细胞液滴分选技术

单个细胞是地球上细胞生命体功能和进化的基本单元。单细胞精度的高通量功能分选是解析生命体系异质性机制、探索自然界微生物暗物质的重要工具。单细胞拉曼光谱(SCRS)能够在无标记、无损的前提下揭示细胞固...即将发布

日期:2017年11月18日 - 来自[技术要闻]栏目
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新型单细胞扩增技术有助避免遗传病

新华社华盛顿4月14日电(记者林小春)中美研究人员在新一期美国《科学》杂志上报告说,他们研制出一种新型单细胞全基因组扩增技术,在此基础上不仅有望避免许多遗传性疾病遗传给后代,从基因组角度更深入地认...即将发布

日期:2017年4月16日 - 来自[待分类信息]栏目

青岛能源所发明简易高效的单细胞分选与测序对接技术

 为了满足考察自然界中细胞“原位功能”这一共性科学需求,“现场”、“实时”的单细胞分选与测序已成为生命科学装备研制领域的一个重要发展趋势。尽管第三代测序技术已实现仪器微型化,但与测序对接的单细胞精准分选装备却仍然相当笨重和昂贵,难以支撑各种科学考察中针对微生物组功能的现场分析。最近,中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心研究员马波带领的微流控系统团队,通过设计简易高效的单细胞分选与测序对接装置,实现了每个试管有且只有一个细胞(One-Cell-One-Tube),有望服务于“现场”、“实时”乃至“便携式”的单细胞分选与测序。

与人体和高等动植物细胞相比,微生物细胞通常更小(0.1-10 微米),更加难于精准操纵,因此分离获取目标单细胞、并且实现测序反应要求的“One-Cell-One-Tube”是一个关键难点。目前的自动单细胞分离方法大多依赖于昂贵且体积庞大的荧光流式细胞分选仪(FACS),而现有的手动单细胞分离和测序方案在依赖于操作人员熟练程度的同时,同样需要显微单细胞移液平台、激光光镊等同样难以随身携带的大中型仪器。此外,单细胞分选及核酸制备过程极易受到环境中飘浮微生物及其DNA的污染,而且这种污染通常难以在测序数据处理环节完全去除。因此,尽管目前MinION等第三代测序仪已经实现了便携化,微生物单细胞分选和测序仍然操作繁琐、污染干扰严重,难以满足要求。

针对上述挑战,青岛能源所单细胞中心张强和王婷婷等发明了一种名为“FOCOT”(Facile One-Cell-One-Tube的缩写)的方法,能够精确、高速、低成本地分离、获取与分装单个微生物细胞,从而与单细胞测序直接对接。该方法具体为:首先,通过微流控技术,将细胞分散包裹在数十微米直径的油包水微液滴中;其次,基于液滴显微光学成像识别技术,分选出单细胞包裹液滴;第三,将单细胞包裹液滴顺序分布于系列试管中,从而快速实现单个细胞的分离,以及每个试管有且只有一个细胞,以实现与单细胞全基因组扩增与测序的直接对接。

FOCOT平台主要有三个特色。第一,在简易方便方面,FOCOT平台除自行设计的芯片之外,仅需要电磁阀、平板电脑和普通光学显微镜,不需外接任何高成本商品化仪器平台,具有易获取、易替换、低成本等优势。同时,模块化、小型化、操作简便的设计使得该装置适合在自然环境实地采样条件下的携带、装配和使用,也几乎不需要额外的人员培训和技术维护,因此尤其适用于面向各种极端自然环境的科学考察,也有利于在普通实验室的推广应用。第二,在分选高效方面,FOCOT平台通过显微镜下对包裹有单个细胞的液滴的准确识别和分选,能有效避免假阳性;而且其20秒/个的分选速度,与显微单细胞移液、激光光镊等现有的商品化分选装备相比具有明显优势。同时,单细胞获取率高于90%,培养成功比例至少80%,证明该方法能有效避免芯片表面吸附所导致的输运过程中细胞流失,而且对细胞活性没有或较小损伤。第三,在污染控制方面,FOCOT平台涉及部件少,体积小型化,相对封闭,因此在实验过程中能够方便地实现超洁净环境空间控制、芯片消毒等操作,严格控制环境DNA的污染。对分离获取的单个酵母细胞进行全基因组扩增与测序后结果显示,99%的有效序列可以与参考基因组匹配,表明该方法能有效避免环境中微生物带来的DNA污染,平均基因组覆盖率达到43.3%,与在昂贵的超净空间设施中采用FACS等大型仪器系统分离获取单细胞所获得的测序结果相当。

目前,通过耦合FOCOT与中心前期开发的单细胞拉曼成像、拉曼流式细胞分选等技术,单细胞中心正在构建一个服务于岸基、船基乃至手基等不同需求的非标记式单细胞分析装备体系,以服务于能源、环境、健康、海洋、土壤等诸多微生物组应用领域。

相关研究论文发表在《科学报告》上。研究工作由单细胞中心马波和徐健共同主持完成,获得了国家基金委科学仪器基础研究专项、面上项目和中科院生物高通量分析技术服务网络(STS)等项目的支持。

论文信息:Development of a facile droplet-based single-cell isolation platform for cultivation and genomic analysis in microorganisms. Sci Rep, 7:41192, DOI: 10.1038/srep41192。

FOCOT方法示意图


日期:2017年2月6日 - 来自[产业要闻]栏目
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中科院青岛能源所发明简易高效单细胞分选与测序对接技术

 

本报讯 最近,中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心马波、徐健共同主持完成的一项成果,通过设计简易高效的单细胞分选与测序对接装置,实现了每个试管有且只有一个细胞,有望服务于“现场”“实时”乃至“便携式”的单细胞分选与测序。相关论文发表于《科学报告》。

尽管第三代测序技术已实现仪器微型化,但与测序对接的单细胞精准分选装备却仍然相当笨重和昂贵,难以支撑各种科学考察中针对微生物组功能的现场分析。与人体和高等动植物细胞相比,微生物细胞通常更小(0.1~10 微米),更加难于精准操纵,因此分离获取目标单细胞并且实现测序反应要求的“每个试管有且只有一个细胞”是一个关键难点。

对此,单细胞中心张强和王婷婷等发明了一种名为“FOCOT”的方法,能精确、高速、低成本地分离、获取与分装单个微生物细胞,从而与单细胞测序直接对接。该方法具体为:首先,通过微流控技术,将细胞分散包裹在数十微米直径的油包水微液滴中;其次,基于液滴显微光学成像识别技术分选出单细胞包裹液滴;最后,将单细胞包裹液滴顺序分布于系列试管中,从而快速实现单个细胞的分离以及每个试管有且只有一个细胞,以实现与单细胞全基因组扩增与测序的直接对接。

FOCOT平台主要有三个特色:简易方便;分选高效;在污染控制方面,能方便地实现超洁净环境空间控制、芯片消毒等操作,严格控制环境DNA的污染。(晋楠)

《中国科学报》 (2017-02-06 第4版 综合)

日期:2017年2月6日 - 来自[产业要闻]栏目

最全白血病单细胞基因表达图谱新鲜出炉

1 月 17 日,基因组生物技术公司 10x Genomics 宣布,一项使用该公司的 Chromium(TM)Single Cell 3’平台的研究结果在《自然》子刊《Nature Communications》杂志上得以发表。这个与 Fred Hutchinson 癌症研究中心的研究人员合作的项目,使用强大的基因组测序技术获得了大批高质量单细胞表达测量,有助于发现基因表达动力学和单个细胞类型的分子谱系,题为 “单一细胞的大规模平行数字转录谱分析(Massively parallel digital transcriptional profiling of single cells)。

“早期的单细胞 RNA 测序方法对许多实验室来说是有挑战性的,包括我们自己。因此,我们与 10x Genomics 公司合作,帮助验证和定制其单细胞 RNA 测序平台,拓展单细胞转录组学在生物学基础研究和临床研究中的潜力,” 该文的通讯作者、Fred Hutchinson 癌症研究中心的 Jason Bielas 博士说道:“10x Genomics 单细胞分析的速度、可重复性和高细胞捕获效率使我们能够准确地分析从那些经历过多轮化疗、移植调节和免疫抑制的急性骨髓性白血病患者中分离的脆性骨髓样品。”

用于单细胞 RNA 测序的现有方法在扩展到数万或更多细胞的吞吐量时面临实际挑战。10x Genomics 通过提供创新的基因组平台来改变测序的定义,从而显著升级现有测序技术的能力。这是通过新的微流体科学、化学和生物信息学的结合而实现的。当前基于实验平板的方法需要耗时的荧光激活细胞分选(FACS),必须单独处理的许多板块。基于微流体的平台利用细胞的机械捕获,但其吞吐量和细胞捕获效率受到限制。学术界的基于液滴的技术使得能够在单个实验中处理数万个细胞,但是不能有效地实施或缩放。公布的数据表明,Chromium Single Cell 3' 解决方案可以解决单个测定中的这些缺点,具有高的细胞捕获效率和灵活的通量,从而为单细胞 RNA 测序提供更可扩展和更强大的平台。

为了演示 Chromium Single Cell 3'解决方案平台的技术性能和应用,研究人员从 29 个样本中收集了大约 25 万个单细胞的转录组数据。结果显示该系统对单细胞 RNA 测序具有优越的可扩展性和高质性,具有与现有方法相当的灵敏度。该系统的快速细胞封装和高细胞捕获效率使得能够分析来自急性骨髓性白血病患者的珍贵临床样品。使用 Chromium Single Cell 3' 解决方案,研究人员在单细胞分辨率下确定宿主和供体嵌合现象,并比较移植前后患者的免疫细胞亚群变化。

10x Genomics 的联合创始人兼首席执行官 Serge Saxonov 博士说道:“当我们了解到 Bielas 博士和他的团队在使用 10x 平台时取得的成功,我们感到非常激动。这项发表的研究验证了我们的系统,并且突出了从快速和可扩展的单细胞分析可以获得崭新见解。我们期待更多的这类研究和对各种临床应用的潜在影响。”

日期:2017年1月18日 - 来自[技术要闻]栏目
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微藻:单细胞植物的大学问

 

■本报记者 沈春蕾

微藻是一类古老的低等植物,在陆地、淡水湖泊、海洋分布广泛。微藻种类繁多,截至21世纪初已发现的藻类有三万余种,其中微小类群就占了70%,即两万余种。

中科院水生生物研究所(以下简称水生所)研究员、国家开发投资公司微藻生物科技中心主任、“千人计划”专家胡强主要从事藻类生物学、生物技术与生物能源的研究。他告诉《中国科学报》记者:“微藻经过加工处理,可以生产出食品、保健品、饲料等很多产品,提取的藻油就像煤和石油一样,是重要的能源原料。”

产学研的合作之路

上世纪,美国曾有个研制原子弹的“曼哈顿计划”;本世纪,美国又出了个“微型曼哈顿计划”,该计划的宗旨不是研制原子弹,而是期望通过研发藻类产油寻求新的可再生能源。

胡强指出:“我国在这方面的研究并不晚于美国。”2013年5月,国家开发投资公司(以下简称国投)微藻生物科技中心在北京成立,中心希望利用微藻生物质技术解决能源与资源短缺、气候环境恶化等重大问题,为国家经济和社会的可持续发展提供新途径。

同年7月,水生所藻类生物技术和生物能源研发中心在武汉成立。中心由水生所和国投合作共建,致力于通过产、学、研一体化技术创新模式,探索和解决微藻生物质领域重大科学和工程技术问题。上述两个中心的主任都是胡强。

回看胡强的求学和工作经历,从武汉到以色列,到日本和美国,再到如今回国,他跟微藻结下了不解之缘。

在以色列,胡强获得本·古里安大学获藻类生物技术专业博士学位,随后他来到日本做博士后研究工作,主要开发一种利用微藻固定电厂废气中二氧化碳的技术,为温室气体的减排提供新思路。不久,美国亚利桑那州立大学给胡强发出邀请,希望他能去参与微藻处理废水项目。

在美国,胡强及其团队开始了藻油的研究,并建立了利用微藻生产能源的中试生产线,胡强领导的实验室也成为美国能源部国家级微藻能源研发基地。“当时,美国国防部出钱找到我们,风险投资也找到我们,相关研究经费超过2000万美元。”

回国前,胡强任美国亚利桑那州立大学终身教授,藻类生物技术研究实验室共同主任、亚利桑那州藻类创新技术中心共同主任。尽管如此,他最终还是选择了由国投与水生所共建的微藻生物能源项目。

“因为微藻能源想要取得突破光靠企业的力量是远远不够的。”胡强希望微藻生物能源项目能整合企业与研究机构的力量,走产学研结合的开发模式。

燕郊的实验工厂

回国后,胡强每天都很忙碌,北京和武汉两头跑已经成为常态。《中国科学报》记者参观了位于燕郊的国投微藻生物科技中心研发基地,目睹了一排排玻璃管道搭建的光生物反应器。胡强告诉记者:“微藻生物质生产是整个微藻生物能源产业的瓶颈,成本占全流程的60%以上,而光生物反应器是制约微藻生物质生产的核心因素。”

因此,如何提高光生物反应器的生产效率、降低它们的制造和运行成本,在很大程度上决定了微藻生物能源和生物资源的产业化进程。这也是胡强团队努力攻关的一个方向。

在光生物反应器研发方面,胡强团队一方面对传统光生物反应器进行优化改进,实现设备更加高效、稳定、可靠;另一方面致力于高效、低成本的新型光生物反应器开发,研究发电厂烟气二氧化碳固定与综合利用技术,形成下一代微藻生物能源与发电厂烟气二氧化碳综合利用技术与装备体系。

此外,这座位于燕郊的实验工厂利用系统代谢工程的策略,对现有工程藻株进一步遗传改良,以提高藻类细胞工厂对光化学能的转化及利用效率。在研发基地,记者看到了从无色到黄色再到绿色和红色的藻株变化。

胡强告诉记者:“你看到的只是颜色变化,而我们在遴选藻种方面,要求皮实,能够在不同环境中很好地自我调整。”胡强团队正通过基因改造的方法,结合自然筛选,改良适宜工业化应用的藻种。

“目前备受关注的微藻产油还有很长的路要走。把微藻从水里采收出来后,还要打破细胞,把油取出来。”胡强说,“虽然是单细胞的简单植物,但每一步工作都不简单,甚至大有学问。”

胡强在实验室一待就是一整天。当记者问及周边的交通拥堵是否影响上下班的时候,胡强的回答有点让人意外:“我早上6点从机场附近的公寓开车过来,晚上11点以后离开办公室,基本一路畅通。”

微藻的应用前景

当前,微藻资源的开发与应用为人类解决能源、健康、环境和粮食四大问题提供一种新模式。

胡强介绍,在能源领域,微藻有望成为继粮食作物生物乙醇、纤维素生物乙醇和陆生作物生物柴油之后第三代生物质能源的原材料;在环境领域,微藻有大幅减排温室气体二氧化碳的潜力,并在处理生活、工业、农业污水等方面有广阔的应用前景;在食品领域,微藻可为人类提供大量单细胞蛋白质、植物油脂、类胡萝卜素等食品或食品添加剂;在医药卫生领域,微藻生物资源中存在新的抗生素、抗氧化剂、抗癌和抗病毒药物成分。

胡强团队已经在国投微藻生物科技中心获得高产量、高油脂的国投1号和国投2号藻株。胡强指着手里的一瓶藻说:“同样是原油,藻油的成本要高十倍,如何降低成本是我们未来需要努力的方向。”

在另一些领域,微藻已经开始发挥作用。比如,微藻可以看做一种新型农业。“种藻和种粮食、种蔬菜是一样的。”胡强指出,“生产微藻本身需要很多的劳动力,可以为食品、饲料、保健品、精细化工等下游相关产业提供大量的就业机会。”

微藻产业也可以改善人们的生活水平,除了高端的保健品之外,用微藻作为饲料养鸡养鱼,品质都会提高很多,利于改善人们的身体状况。“所以说微藻生产是一种可持续的绿色农业。”胡强希望通过团队的努力,使微藻能够对未来产业布局产生重要影响。

《中国科学报》 (2017-01-16 第6版 院所)

日期:2017年1月16日 - 来自[技术要闻]栏目

科学家为研究单细胞代谢夯实技术


 

研究人员正在开发创新性方法了解个体细胞的内部工作机制。图片来源:Torsten Wittmann/SPL

Renato Zenobi坐在一楼的办公室里,这是一间通往牧场的工业实验室。这位分析化学家解释了细胞生物学家正面临的一个基本问题。他在跟踪代表理论细胞群中分子平均集中度的一条曲线—— 一条简单的钟形分布曲线。他解释说,这样的分布会隐藏复杂性。为了证明这一点,他画了两条与单峰的每一边相重合的曲线,每个曲线代表群体中的一个典型表型,而且还与那个钟形曲线相一致。“为了弄清楚这个分布是多峰还是单峰,你需要深入到单个细胞层面。”在苏黎世瑞士联邦理工学院(ETH)工作的Zenobi说。

细胞异质性是克隆种群中的一些细菌发展出抗菌素耐药性的原因。它会导致大脑中产生不同的细胞亚种群,并解释了肿瘤固态萌发。然而,监测这些不同点的工具才刚刚起步。

“目前的技术进步,尤其是那些过去两年中的技术进步已经揭示了同一群细胞中的个体细胞可能存在巨大差异。”马里兰州贝塞斯达美国国立卫生研究院(NIH)共同基金单细胞分析工作组项目负责人Ananda Roy说,“这些不同会对健康和疾病产生重要影响。”

全世界的资助者都在排着队支持单细胞研究。NIH从2014年开始投入了200万美元,支持单细胞分析的特别计划,目前该项目下属的60个团队获得了奖励。日本高校和公司合作启动的单细胞测量员协会为单细胞分析和技术颁奖并举办研讨会。2016年10月,专家讨论启动国际人类细胞图谱倡议,该倡议旨在绘制每一种人体细胞及其特征,这一雄心勃勃的任务极度依赖单细胞分析。

小而踏实的前进

分析单个酵母细胞让Zenobi的团队发现了潜伏在基因相同样本中的两个表型,一个叫作左旋糖1.6—二磷酸的低水平代谢物,另一个代谢物水平则较高。这一不同归根结底可能是不同的葡萄糖使用策略。这一发现并没有即时性的生物医学应用,Zenobi说,但它却照亮了细胞工作的基本方式。

为了得到这些信息,Zenobi的团队利用精妙的技术分离细胞,提高其分析途径的敏感性。Zenobi利用一种特殊的硅片,每个硅片可向质谱仪传递数百个单独的细胞。对于肉眼来说,这些硅片似乎覆盖着一层精细的网眼。这些网眼是叫作聚硅氮烷的一种聚合物外层,它经过激光微机械产生了数百到数千个储藏库,每个储藏库的直径为两三百微米。

Zenobi的研究生Robert Steinhoff展示了这些硅片如何适应一台质谱仪。研究人员利用基质辅助激光解吸/电离(MALDI)与飞行时间分析器相结合,这需要他们用化学基质驱动离子化。通过使用让小分子生成的信号最小化的干扰矩阵,该团队可以检测到低埃摩尔范围内(10~18摩尔)的代谢,这样做时每个硅片约有1000个细胞,在单细胞世界中这一通量相对较高。

而伊利诺伊大学香槟分校分析化学家Jonathan Sweedler则研发了一种高通量方法,利用一台计算机将激光导向铺陈在一个硅片上的单个细胞。该团队通过这种方式可用每个硅片处理约1万个细胞。但为了更综合地观看代谢机制,Sweedler每次仅分离一个细胞。他用一种经过修改的膜片钳工具(它可以典型地记录电子信号),从人类大脑细胞中提取了约3皮升的细胞质(相当于总量的10%~40%),并将其传递到质谱仪内。

这些有限通量使每次实验的分析仅局限在几十个细胞。尽管如此,Sweedler的团队已经用它检测了来自大鼠脑切片的30个神经元和星形胶质细胞的约60次代谢。该团队聚焦诸如谷氨酸盐等神经化学物质,还探测了氨基酸和三磷酸腺苷(ATP)的衍生物等。

不同大小 不同探测

在处理单细胞时,大小非常重要。植物细胞的直径可从10微米到100微米不等。哺乳动物细胞倾向于更小,约为10~20微米。微生物细胞更小,可以达到亚微米级。由于细胞大小不同,代谢物的容量以及确切数字也会不同。“从分析视角来看,非常明确没有任何单一的方法能够应对这些容量。”华盛顿特区乔治华盛顿大学化学家Akos Verte说。他的实验室利用不同方法分析不同大小的细胞。

对于最大的细胞来说,该团队用锐化的光纤向细胞内直接传递红外光。光纤刺激了氧—氢在细胞内的水中结合,导致细胞爆发,喷射出其内容物。这些溢出的物质会碰到一种雾化、电离的液体,即电喷雾,它可以使分子带电进行质谱分析。这种技术的优势是当单个细胞仍然镶嵌在组织内时就可以被分析。但它可能非常缓慢,因为每个细胞通常需要“一名极有耐心的研究生”用纤维刺探,Vertes说。他近日利用一台计算机操控样本台,将这一程序自动化。

最小的细胞被放置在一个纳米柱覆盖的表面,它也是用硅制成,尽管与Steinhoff的设备的制造方法不同。对整个表面成像揭示了该设备的离子束需要在哪里靶向单个细胞。利用这种方法,该团队能够常规地探测飞克分子(毫微微克分,10~15摩尔)的代谢水平。但研究人员推测他们探测的更低限度是800仄普托摩尔(1仄普托摩尔等于10-21摩尔)或者约48.2万个分子。

它甚至还可以到达更小的层面。瑞典哥德堡大学生物分析化学家Andrew Ewing分析了神经囊泡的小分子内容物。Ewing利用一种叫作纳米级二次离子质谱分析(NanoSIMS)的方法,该方法用高能铯离子束轰击一个样本的表面。这一攻击会驱逐表面的带电粒子,它们可以通过质谱仪分析来决定物质的构成。Ewing团队利用这种方法评估了神经囊泡多巴胺的分布。

在日本大阪理化学研究所(RIKEN)量化生物中心,化学家Tsutomu Masujima利用一段播放靶向用于质谱仪的单个细胞。“单个细胞的行为非常有趣和出乎意料,所以我喜欢尽可能多的看到它们。”Masujima说。

他的方法涉及在视频观察中向细胞内直接插入一个纳米流喷雾针,吸出内容物,然后利用同样的针将内容物注射到质谱仪中。加入视频构成元素让他的团队可以完成更加精细化的操作,比如捕捉和分析氨基酸与血液中单个白血细胞和肿瘤细胞的脂含量。它还让该团队评估分子的丰富程度。

让数据合理化

幸运的是,带领加州斯克里普斯代谢组学和质谱分析中心的化学家Gary Siuzdak说,可以获取生物信息学工具让这些发现合理化。Siuzdak的中心经营了一家基于云的代谢物分析平台,名字是XCMS在线,该平台的1.2万多名用户已经分享了超过12万项工作。Siuzdak承认,那些工作中很少涉及单细胞,但这并不意味着它们天生的与那些软件不相容。“在生物信息学方面,我没有看到开展这些实验的主要问题。”他说。

相反,单细胞代谢领域的主要挑战是仪器:能有足够研究单个细胞以及每个细胞代谢物的设备,这样的研究结果在数据上才能有意义。“单个细胞的主要问题是硬件仍需提高。”Siuzdak说。研究倾向于分析数十个或是数百个不同的分子。但单个酵母细胞拥有约600种代谢物。因此,即便是最敏感的分析技术也只能选择最容易探测的对象,最常见的是单个细胞内的分子。那些不常见的则处于雷达探测范围以外。

该问题的一个潜在解决方法可能在于基于数量的工具和各种组学之中。“为代谢物数据集开发的通道和工具来自大量可再利用的细胞群。”他说。所需要做的全部是对研究人员使用的数据处理和归一法的略微调整。“单个细胞转录组学已经建立了,我们可以从中学习加速针对单个细胞代谢物领域的生物信息学发展。”他补充说。

其他研究人员在追逐基于质谱仪之外的单细胞分析策略,特别是利用活体细胞。在谈及单个细胞代谢物研究时,关键的技术挑战已经被解决,Heinemann说。“现在需要做的是进行单调的开发和有效的工作”。

“我们经常会非常高兴地探测独特的分子,我的问题是为什么要这样呢?”Masujima问道,“这项发现的背后是什么?这个分子为什么会出现?”如果没有这样的洞察,技术会冒仅仅是赚取噱头而不能解决生物学重要问题的风险。“我不想成为做这种科研的科学家。”他说。

(冯维维编译)

《中国科学报》 (2017-01-12 第3版 国际)

日期:2017年1月12日 - 来自[技术要闻]栏目
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多样单细胞捕食者首次现身

 

研究人员首次直接观察到Diplonemid。图片来源:PATRICK KEELING

曾被认为是无关紧要的稀有微生物,结果是一种大量存在的单细胞海洋“猎人”。近日,加拿大英属哥伦比亚大学(UBC)和加拿大先进研究所(CIFAR)等机构的研究人员首次瞥见了这些“神出鬼没”的捕食者。

Diplonemid是微小的细胞,它一直遭到研究人员的忽视。直到最近,海洋多样性调查显示,它们是一类最丰富的原生动物,是除细菌和病毒外的具有多样类别的单细胞海洋生物体。尽管它们数量丰富,但从未在海洋中被直接观察或捕获过。

“如果一种微生物非常丰富,那么它可能在生态系统中扮演非常重要的角色。”UBC 植物学教授、CIFAR 微生物多样性综合项目负责人Patrick Keeling说,“微生物世界是最前沿的探索领域,我们正在使用显微镜和基因组学尽可能多地了解这种看不见的生物。”

该团队从美国加州蒙特利湾海洋馆研究所起航,到已经被很好研究的67航线。这里的海水很深但缺乏营养。他们拍摄了深海样本中的生物体,并测序了这些单细胞生物的基因。研究结果显示,Diplonemid是一种非常多样的物种,具有许多不同的形状和大小,并以细菌和更大的海藻为食。

“这就像在只看到瞪羚、羚羊和斑马许多年后,才发现追在它们后面的狮子。”Keeling说。

研究人员还发现Diplonemid具有有趣的基因:大且充满了内含子(一种能打断基因的“垃圾”DNA)。内含子存在于所有复杂细胞的基因里,但Diplonemid的内含子十分独特,并且其扩散方式似乎类似于病毒当进行攻击时将遗传物质复制到其他细胞的方式。

下一步,为了更充分了解这种生物体的生态系统及其在维持海洋生态体系中的作用,该团队计划弄清如何在实验室培养Diplonemid。(张章)

 

日期:2016年12月5日 - 来自[技术要闻]栏目
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