微流控視角：探索微生物在快速變化條件下的生長策略-24年2月發(fā)表-Springer Nature

這是微納立方第48篇微流控推文

24年2月，Luisa Blöbaum等人于Springer Nature旗下的《Microbial Cell Factories》期刊上，發(fā)表了一篇關于“評估微生物在快速變化的環(huán)境下的表現(xiàn)和穩(wěn)定性”的新方法。簡而言之，作者他們想了解當微生物的生存環(huán)境突然變化時，它們的生長速度、能量生產等關鍵功能是否能保持穩(wěn)定。這對于實驗室研究和工業(yè)應用都非常重要，比如在制藥或釀酒過程中，了解微生物如何應對環(huán)境變化可以幫助提高產量和質量。

作者將動態(tài)微流控單細胞培養(yǎng)（dMSCC）和魯棒性量化方法結合，這允許他們非常精確地控制和改變微生物周圍的環(huán)境，結合活細胞成像技術，實時觀察單個細胞的反應。其優(yōu)點是它能夠迅速改變條件，模擬自然環(huán)境中短時間內發(fā)生的變化，并評估微生物對幾秒或幾分鐘內發(fā)生變化的性能穩(wěn)定性。

作者以釀酒酵母為例，通過在不同時間間隔內交替提供和限制葡萄糖，模擬了“盛宴和饑餓”的周期，觀察酵母如何應對這種快速變化的環(huán)境。結果發(fā)現(xiàn)，雖然酵母的生長速度有所下降，但它們能夠調整自身，以增加能量儲備（即細胞內ATP水平），尤其是在較長周期震蕩中。然而，這種適應也導致了個體間差異的增加，表明并非所有細胞都以相同的方式響應環(huán)境變化。

通過這項研究，作者開發(fā)了一種半自動化的分析流程，不僅能夠評估整個種群的表現(xiàn)，還能細致到亞種群和單細胞水平。這種方法為深入理解微生物如何應對環(huán)境的快速變化提供了強大的工具，并且可以適用于研究其他微生物、使用不同的生物傳感器和培養(yǎng)條件。這些發(fā)現(xiàn)有望幫助改進微生物菌株的開發(fā)和生物工程過程，使其更高效、更穩(wěn)定。

[1]. Blöbaum L, Torello Pianale L, Olsson L, et al. Quantifying microbial robustness in dynamic environments using microfluidic single-cell cultivation[J]. Microbial Cell Factories, 2024, 23(1): 44.

地址：https://doi.org/10.1186/s12934-024-02318-z

用到的產品：Fluigent Flow EZ壓力泵。

在這項研究中，F(xiàn)low EZ壓力泵通過維持含糖培養(yǎng)基的壓力在100 mbar，同時在70和220 mbar之間切換來控制無糖培養(yǎng)基的流動，實現(xiàn)了對培養(yǎng)基流動的精確控制。并通過設置不同的切換頻率（每1.5、6、12、24和48分鐘一次）來研究微生物對于不同生物時間尺度下環(huán)境變化的響應。這些設置全部通過Fluigent的Oxygen軟件自定義實現(xiàn)。