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，發表了一篇關于“評估微生物在快速變化的環境下的表現和穩定性”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定。這對于實驗室研究和工業應用都非常重要，比如在制藥或釀酒過程中，了解微生物如何應對環境變化可以幫助提高產量和質量。

作者將動態微流控單細胞培養（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境，結合活細胞成像技術，實時觀察單個細胞的反應。其優點是它能夠迅速改變條件，模擬自然環境中短時間內發生的變化，并評估微生物對幾秒或幾分鐘內發生變化的性能穩定性。

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境。結果發現，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境變化。

通過這項研究，作者開發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，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條件。這些發現有望幫助改進微生物菌株的開發和生物工程過程，使其更高效、更穩定。

[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，Flow EZ壓力泵通過維持含糖培養基的壓力在100 mbar，同時在70和220 mbar之間切換來控制無糖培養基的流動，實現了對培養基流動的精確控制。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境變化的響應。這些設置全部通過Fluigent的Oxygen軟件自定義實現。