최근 장쑤대학 바이오매스에너지연구원 주도진 팀은'Insect Science'에'Single-cell micoliter droplet screening microfluidic system enables high-throughput isolation and **** of lignin-degrading bacteria from the termite gute gut'이라는 제목의 연구 성과를 발표했다.단세포 마이크로리터 액적 기반 마이크로흐름 제어 시스템 조력 고통량 분리 배양 흰개미 장 목질소 분해균》。이 연구는고전통량 마이크로 업그레이드 액적 배양 그룹학 시스템(MISS cell)흰개미장 미생물 연구에 응용하여 배양하기 어려운 미생물 기능 자원을 발굴하는 데 강력한 방법학 도구를 제공하였다.

1. 연구배경:

목질소는 식물생물질의 관건적인 성분의 하나로서 그 능률적인 분해와 전환은 생물질자원화리용의 난점이다.흰개미장은 천연적인 목질섬유소분해시스템으로서 대량의 배양되지 않은 미생물자원을 매장하고있으며 특히 목질소분해면에서 거대한 잠재력을 갖고있다.그러나 전통적인 한천 평판법은 그 중의 미생물 다양성을 전면적으로 얻기 어려우며 관련 미생물 자원의 개발과 이용을 심각하게 제약한다.

2. 연구 방법:

본 연구는 고등흰개미(Nasutitermes tiantongensis는) 샘플로 장내 미생물 현액을 각각 다음 두 가지 방법으로 배양한다.

● 전통적인 한천 평판법:
목질소를 사용하여단일탄소원의 고체 배양기는 선을 그어 분리한다.

● MISS cell 메서드:
액적 마이크로 흐름 제어 기술을 기반으로 장내 균군을 독립적인 마이크로 업그레이드 액적에 분산시킨다.모든 액체방울은 페쇄되고 독립된 액체제한역공간으로 균락간의 경쟁을 효과적으로 피면하고 약세 및 배양하기 어려운 균주의 생장에 리상적인 환경을 제공해주었다.

연구는 16S rRNA 유전자 증폭자 서열 분석 기술을 적용해 두 가지 방법으로 얻은 균주를 체계적으로 비교 분석했다.

3. 연구결과:

1.분리 효율 현저하게 향상：

총 MISS cell 시스템 분리477개목질소는 세균의 균락을 분해하는데, 전통적인 방법은 단지 얻을 수 있다73개, 균락수량이 약 6.5배 제고되여 미생물분리효률면에서 뚜렷한 우세를 보여주었다.

2. 종 다양성 포획력 강화：

① 두 가지 방법으로 모두 97개의 작업 분류 유닛(OTUs)을 획득한다.이 가운데 MISS cell 방법은 31개(31.96%), 기존 방법은 20개(20.62%)였다.

② MISS cell 시스템이 획득한 총 OTU 수는 기존 방법보다 16.7% 높다.

③ MISS cell 배양으로 얻은 미생물 군락은 전통적인 한천 평판 방법보다 더 높은 다양성을 가지고 있으며, 이 시스템이 배양되지 않은 미생물 자원을 얻는 효과적인 도구임을 나타낸다.

3.군락 구조의 차이:
두 방법 모두 변형균문, 후벽균문 등 주요 세균류를 포획하는 데 성공했지만 속급 분류 수준에서 MISS cell은 더 풍부한 종 구성을 보여주며 스트렙토마이신, 가짜 단포균을 포함한 다양한 알려진 기능균속을 획득하는 데 성공했으며 미분류 미생물류군을 대거 포함했다.

연구 결론:
본 연구에 따르면MISS cell 시스템독특한 미세액적배양체계를 통해 흰개미의 장속의 목질소를 더욱 능률적이고 전면적으로 분리하여 세균을 분해할수 있어 전통적인 배양방법의 기술적한계를 효과적으로 돌파하였다.이 기술은 복잡한 환경 샘플에서 미생물을 배양하기 어려운 자원 발굴과 기능 개발을 위한 신뢰할 수 있는 기술 지원을 제공한다.

MISS cell 정보

고통량 마이크로 업그레이드 액체 방울 배양 그룹학 시스템 (Single-cell Microliter-droplet Culture Omics System, MISS cell culture omics) 은 액체 방울 마이크로 흐름 제어 기술을 기반으로 개발된 마이크로화 고통량 단세포 배양 및 선별 장비로, 단일 운행 실험은 약 5000-2000개의 액체 방울 (500-4000개의 단일 클론), 액체 방울 생성 저장 후 단일 배양 세포, 고형광 배양 신호, 60 배양 등 최종 신호 배양 목표를 통해 발광 (배양, 형광 신호 배양, 60 배양 목표) 를 처리한다. 액체 방울 선별은 다공판으로 저장한다.

4대 이점

1、액적 체계

MISS cell의 핵심 장점은 독특한 마이크로 업그레이드 액체 방울 시스템 설계에서 비롯되며, 마이크로 액체 방울은 독립 반응기이며, 전통적인 한천 평판법 분리 배양에 비해 종의 풍부도가 더 높다

2、효율적인 분리 배양

MISS cell은 각 미생물 세포에 독립적이고 균일한 미세 액적 배양 환경을 조성하여 교차 오염 및 균락 간 경쟁 억제를 효과적으로 피할 수 있으며, 낮은 풍도, 어려운 배양 균주에 최적의 생장 조건을 제공할 수 있다

3、높은 자동화

MISS cell은 샘플이 기계에 탑승한 후 제조, 부화, 검측, 선별 및 목표 액적 수집에서 전 과정을 자동화한다

4、응용 장면이 풍부하다.

MISS cell은 세균, 효모, 곰팡이, 방선균, 조류 등 높은 통량에서 선별한다.환경 미생물 분리와 선별;염산소균, 고질소균 등 특수기체환경미생물배양선별;효소 진화, 항체 선별, 약물 선별, 합성 생물학 등 장면은 모두 효율적으로 응용할 수 있다