單個(gè)細(xì)胞是生命活動(dòng)和進(jìn)化的基本單元。因此，單細(xì)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(yùn)作機(jī)制。近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究人員率先開(kāi)發(fā)出單個(gè)活體細(xì)胞水平的甘油三酯（triacylglycerol，TAG）含量免標(biāo)記測(cè)量技術(shù)，并首次實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞精度的微藻細(xì)胞群體合成TAG過(guò)程動(dòng)態(tài)定量監(jiān)測(cè)。該項(xiàng)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(lèi)，也是微藻通過(guò)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(duì)細(xì)胞TAG含量的測(cè)定具有重要意義和應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)TAG的定量測(cè)定方法通常依賴(lài)于侵入性甚至是破壞性的細(xì)胞處理，需要大量細(xì)胞樣品，因此掩蓋了細(xì)胞之間的表型異質(zhì)性，而且耗時(shí)耗力，極大限制了基于細(xì)胞TAG含量測(cè)定的科學(xué)研究和種質(zhì)篩選。
生物能源所單細(xì)胞研究中心功能基因組團(tuán)隊(duì)王婷婷、籍月彤等利用自主研制的活體單細(xì)胞拉曼分選儀（Raman-activated Cell Sorter，RACS），通過(guò)單細(xì)胞拉曼光譜的快速采集和分析，發(fā)明了無(wú)需標(biāo)記、無(wú)損、高通量的活體單細(xì)胞TAG含量測(cè)量技術(shù)，進(jìn)而利用該技術(shù)首次在單細(xì)胞水平定量表征了微藻產(chǎn)油過(guò)程（圖1）。研究人員在對(duì)產(chǎn)油過(guò)程中單細(xì)胞TAG含量及其脂類(lèi)不飽和度的實(shí)時(shí)定量分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，單個(gè)細(xì)胞水平的TAG含量與脂類(lèi)不飽和度呈顯著的負(fù)相關(guān)，而這一規(guī)律是傳統(tǒng)群體層面細(xì)胞油脂分析方法難以揭示的。
上述基于RACS的單細(xì)胞TAG定量技術(shù)直接跳過(guò)細(xì)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(shí)它無(wú)需細(xì)胞標(biāo)記或破壁等繁瑣預(yù)處理，而且每個(gè)細(xì)胞測(cè)量時(shí)間低于一秒，能將種質(zhì)TAG含量鑒定時(shí)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(xì)胞測(cè)序與基因表達(dá)分析對(duì)接，該方法還將允許細(xì)胞TAG含量異質(zhì)性的機(jī)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(cè)、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(jìn)化重大研究計(jì)劃、科技部863合成生物學(xué)重大項(xiàng)目、中科院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國(guó)際合作伙伴計(jì)劃等支持，由單細(xì)胞研究中心徐健研究員與黃巍研究員共同主持完成。美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)胡強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)也參與了該研究。
圖1、利用單細(xì)胞拉曼光譜技術(shù)在單個(gè)細(xì)胞精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微藻產(chǎn)油過(guò)程。微擬球藻細(xì)胞在缺氮（A）和對(duì)照條件下（B）不同時(shí)間點(diǎn)的拉曼圖譜，以TAG的典型種類(lèi)triolein圖譜作為參照。圖中每條圖譜是60個(gè)單細(xì)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
