青岛能源所等发明基于拉曼组原理的益生菌单细胞质检技术

目前市场上有大量的益生菌品牌和产品，但质量参差不齐，给消费者带来极大困扰，也阻碍了产业的健康发展。此问题的根源在于目前业界缺乏快速、准确、全面、低成本的益生菌产品质检手段。青岛能源所单细胞中心联合中国食品发酵工业研究院、青岛东海药业和青岛星赛生物科技有限公司等，开发了基于拉曼组原理的益生菌单细胞质检技术SCIVVS，为突破这一紧迫的技术瓶颈提供了全新的解决方案。该工作近日发表于iMeta杂志。

                                        基于拉曼组原理发明益生菌单细胞质检技术SCIVVS
 
　　益生菌产品的市场规模已近千亿，但是存在大量的“鱼目混珠”现象。其重要原因是益生菌质检的方法学局限性。由于这些方法大多依赖于分离培养或元基因组测序，因此存在耗时长、成本高、难以快速测定细胞活性和代谢活力及其细胞间异质性、复合益生菌产品深度质检困难、流程繁琐、难以自动化等瓶颈性问题。这些局限性导致益生菌产品难以快速、低成本、全面、深度地进行质检，很大程度上阻碍了益生菌产业的健康发展。
 
　　针对这一产业瓶颈，青岛能源所单细胞中心张佳副研究员、任立辉高级工程师、张磊博士、公衍海助理研究员等带领的研究小组，联合中国食品发酵工业研究院、青岛东海药业和青岛星赛生物等团队，基于拉曼组原理，开发了一种名为SCIVVS(Single-Cell Identification, Viability and Vitality tests and Source-tracking)的单细胞精度益生菌质检技术体系。针对益生菌产品，SCIVVS首先不是提取总核酸或者进行平板培养，而是提取所有的细胞进行重水饲喂和单细胞拉曼光谱的高通量采集。在每一张拉曼光谱上，利用其指纹区，基于与益生菌单细胞拉曼光谱参照数据库的比对，快速完成每个细胞的种类鉴定环节。通过构建21种法定可食用益生菌的标准菌株拉曼光谱数据库，SCIVVS可实现平均高达93%的分辨准确度。同时，利用其重水利用峰(C-D峰)，则可针对每个物种，量化每个细胞的活性、代谢活力等。进而可通过拉曼激活单细胞分选技术，快速获得目标种类或目标代谢活力的单细胞，从而对接下游单细胞全基因组测序或培养。
 
　　为了支撑SCIVVS，在国家重大科学仪器研制、国家重点研发计划等项目的支持下，青岛能源所和青岛星赛生物合作研制成功了单细胞拉曼光镊分选仪(RACS-Seq)、高通量流式拉曼分选仪(FlowRACS)等原创仪器产品。运用RACS-Seq，研究人员直接从纯种或复合益生菌产品出发，在5个小时之内，完成了精确到每个物种的活细胞计数、活力定量和活力异质性测量。同时，针对乳酸杆菌、双歧杆菌或链球菌等各种益生菌，均能产出高质量的单细胞基因组(覆盖度可高达99.4%)，从而完成精准溯源。
 
　　对比目前的益生菌产品质检方法，SCIVVS具有快速、准确、全面、低成本、易于自动化等优势，较传统方法快20倍以上，而成本仅为传统方法的1/10，且能免培养、高精度、自动化、一站式地完成产品中每个物种的活细胞计数、活力定量、活力异质性测量和溯源，有望形成新的技术标准。在此基础上，该合作团队将基于“益生菌单细胞技术联盟(A-STEP)”，联合益生菌产业领军企业，建立一个“标准化”、“一站式”、“公益性”的技术服务体系，为实现从生产端到消费端的益生菌产品质量规范化，提供一个原创的、切实可行的解决方案。
 
　　该工作由单细胞中心徐健、中国食品发酵工业研究院姚粟、青岛东海药业崔云龙等主持完成，得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和国家重点研发计划青年科学家项目等项目的支持。