單個細胞是生命活動和進化的基本單元。因此，單細胞水平上的功能分析和分選能夠解析生命體系最“深”層次的異質(zhì)性和運作機制。近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所研究人員率先開發(fā)出單個活體細胞水平的甘油三酯（triacylglycerol，TAG）含量免標記測量技術(shù)，并首次實現(xiàn)了單細胞精度的微藻細胞群體合成TAG過程動態(tài)定量監(jiān)測。該項工作已在線發(fā)表于Biotechnology for Biofuels（Wang, Ji, et al, Biotechnology for Biofuels, 2014）。
甘油三酯是地球上生物的主要能量貯存形式之一。它是人體內(nèi)含量最多的脂類，也是微藻通過光合作用以二氧化碳為原料合成“藻油”等生物燃料的主要成分。因此，對細胞TAG含量的測定具有重要意義和應(yīng)用價值。傳統(tǒng)細胞內(nèi)TAG的定量測定方法通常依賴于侵入性甚至是破壞性的細胞處理，需要大量細胞樣品，因此掩蓋了細胞之間的表型異質(zhì)性，而且耗時耗力，極大限制了基于細胞TAG含量測定的科學研究和種質(zhì)篩選。
生物能源所單細胞研究中心功能基因組團隊王婷婷、籍月彤等利用自主研制的活體單細胞拉曼分選儀（Raman-activated Cell Sorter，RACS），通過單細胞拉曼光譜的快速采集和分析，發(fā)明了無需標記、無損、高通量的活體單細胞TAG含量測量技術(shù)，進而利用該技術(shù)首次在單細胞水平定量表征了微藻產(chǎn)油過程（圖1）。研究人員在對產(chǎn)油過程中單細胞TAG含量及其脂類不飽和度的實時定量分析時發(fā)現(xiàn)，單個細胞水平的TAG含量與脂類不飽和度呈顯著的負相關(guān)，而這一規(guī)律是傳統(tǒng)群體層面細胞油脂分析方法難以揭示的。
上述基于RACS的單細胞TAG定量技術(shù)直接跳過細胞培養(yǎng)環(huán)節(jié)，因此能夠分析自然界的尚未培養(yǎng)微生物。同時它無需細胞標記或破壁等繁瑣預處理，而且每個細胞測量時間低于一秒，能將種質(zhì)TAG含量鑒定時間從數(shù)周縮短為數(shù)分鐘（以產(chǎn)油微藻為例）。與下游單細胞測序與基因表達分析對接，該方法還將允許細胞TAG含量異質(zhì)性的機制研究。因此，該方法在疾病診斷、藥物篩選、生物能源、環(huán)境監(jiān)測、碳匯研究等諸多領(lǐng)域具廣闊應(yīng)用前景。
上述研究獲得了基金委微進化重大研究計劃、科技部863合成生物學重大項目、中科院創(chuàng)新團隊國際合作伙伴計劃等支持，由單細胞研究中心徐健研究員與黃巍研究員共同主持完成。美國亞利桑那州立大學胡強教授團隊也參與了該研究。
圖1、利用單細胞拉曼光譜技術(shù)在單個細胞精度實時監(jiān)測微藻產(chǎn)油過程。微擬球藻細胞在缺氮（A）和對照條件下（B）不同時間點的拉曼圖譜，以TAG的典型種類triolein圖譜作為參照。圖中每條圖譜是60個單細胞光譜的平均值。
原文鏈接：
T. Wang, Y. Ji, Y. Wang, J. Jia, J. Li, S. Huang, D. Han, Q. Hu, W. Huang, J. Xu, Quantitative dynamics of triacylglycerol accumulation in microalgae populations at single-cell resolution revealed by Raman microspectroscopy. Biotechnology for Biofuels, 2014 7:58. DOI: 10.1186/1754-6834-7-58
