【儀表網 研發快訊】目前市場上有大量的益生菌品牌和產品，但質量參差不齊，給消費者帶來極大困擾，也阻礙了產業的健康發展。此問題的根源在于目前業界缺乏快速、準確、全面、低成本的益生菌產品質檢手段。青島能源所單細胞中心聯合中國食品發酵工業研究院、青島東海藥業和青島星賽生物科技有限公司等，開發了基于拉曼組原理的益生菌單細胞質檢技術SCIVVS，為突破這一緊迫的技術瓶頸提供了全新的解決方案。該工作近日發表于iMeta雜志。
基于拉曼組原理發明益生菌單細胞質檢技術SCIVVS
益生菌產品的市場規模已近千億，但是存在大量的“魚目混珠”現象。其重要原因是益生菌質檢的方法學局限性。由于這些方法大多依賴于分離培養或元基因組測序，因此存在耗時長、成本高、難以快速測定細胞活性和代謝活力及其細胞間異質性、復合益生菌產品深度質檢困難、流程繁瑣、難以自動化等瓶頸性問題。這些局限性導致益生菌產品難以快速、低成本、全面、深度地進行質檢，很大程度上阻礙了益生菌產業的健康發展。
針對這一產業瓶頸，青島能源所單細胞中心張佳副研究員、任立輝高級工程師、張磊博士、公衍海助理研究員等帶領的研究小組，聯合中國食品發酵工業研究院、青島東海藥業和青島星賽生物等團隊，基于拉曼組原理，開發了一種名為SCIVVS(Single-Cell Identification, Viability and Vitality tests and Source-tracking)的單細胞精度益生菌質檢技術體系。針對益生菌產品，SCIVVS首先不是提取總核酸或者進行平板培養，而是提取所有的細胞進行重水飼喂和單細胞拉曼光譜的高通量采集。在每一張拉曼光譜上，利用其指紋區，基于與益生菌單細胞拉曼光譜參照數據庫的比對，快速完成每個細胞的種類鑒定環節。通過構建21種法定可食用益生菌的標準菌株拉曼光譜數據庫，SCIVVS可實現平均高達93%的分辨準確度。同時，利用其重水利用峰(C-D峰)，則可針對每個物種，量化每個細胞的活性、代謝活力等。進而可通過拉曼激活單細胞分選技術，快速獲得目標種類或目標代謝活力的單細胞，從而對接下游單細胞全基因組測序或培養。
為了支撐SCIVVS，在國家重大科學儀器研制、國家重點研發計劃等項目的支持下，青島能源所和青島星賽生物合作研制成功了單細胞拉曼光鑷分選儀(RACS-Seq)、高通量流式拉曼分選儀(FlowRACS)等原創儀器產品。運用RACS-Seq，研究人員直接從純種或復合益生菌產品出發，在5個小時之內，完成了精確到每個物種的活細胞計數、活力定量和活力異質性測量。同時，針對乳酸桿菌、雙歧桿菌或鏈球菌等各種益生菌，均能產出高質量的單細胞基因組(覆蓋度可高達99.4%)，從而完成精準溯源。
對比目前的益生菌產品質檢方法，SCIVVS具有快速、準確、全面、低成本、易于自動化等優勢，較傳統方法快20倍以上，而成本僅為傳統方法的1/10，且能免培養、高精度、自動化、一站式地完成產品中每個物種的活細胞計數、活力定量、活力異質性測量和溯源，有望形成新的技術標準。在此基礎上，該合作團隊將基于“益生菌單細胞技術聯盟(A-STEP)”，聯合益生菌產業領軍企業，建立一個“標準化”、“一站式”、“公益性”的技術服務體系，為實現從生產端到消費端的益生菌產品質量規范化，提供一個原創的、切實可行的解決方案。
該工作由單細胞中心徐健、中國食品發酵工業研究院姚粟、青島東海藥業崔云龍等主持完成，得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金和國家重點研發計劃青年科學家項目等項目的支持。(文/張佳 圖/劉陽)
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