设为首页 - 加入收藏
您的当前位置:首页 > 科技 > 正文

中科院青岛能源所提出“拉曼组内关联分析”揭示代谢物转化网络

来源:实事新闻头条 编辑:李丽 时间:2021-09-06

科技日报记者 王健高 通讯员 刘佳

9月6日,记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉,该所取得了最新科研成果:提出“拉曼组内关联分析”揭示代谢物转化网络。

细胞内代谢物之间是否正在发生相互转化,是细胞代谢活动最重要的动态特征之一,但其检测方法一般极为烦琐。针对这一瓶颈,中科院青岛能源所单细胞中心提出了名为“拉曼组内关联分析”的理论框架与算法,并示范了细胞工厂功能测试等方面的应用。在无须标记或破坏细胞的前提下,IRCA仅仅基于一个拉曼组数据点(即一个样品的一个状态),利用其中不同单细胞拉曼光谱的差异,就能推测该状态下的代谢物相互转化网络。相关工作于近日发表于《mBio》。该工作由该所单细胞中心徐健研究员主持完成。

 中科院青岛能源所提出“拉曼组内关联分析”揭示代谢物转化网络

拉曼组内关联分析(IRCA)仅需一个细胞群体的一个状态,即可预测其代谢物转化网络 刘阳 供图

代谢物相互转化网络的构建,传统上基于质谱或色谱等代谢组学方法。它们通常必须破坏细胞,每次分析需要大量的细胞,而且要求基于一系列不同代谢状态的实验样品进行关联比较,这导致整个过程非常繁琐与耗时。针对这一瓶颈问题,单细胞中心提出了基于“拉曼组”(ramanome)的原创解决方案。

拉曼组,是一个细胞群体在特定状态下单细胞拉曼光谱的集合。徐健表示,这些单细胞,尽管遗传背景与环境条件等均一致,其代谢状态却可各不相同,导致其拉曼光谱之间具有细微但显著的差异。一个“遗传同质性”样品中细胞间具有“代谢异质性”,是生命体系最本质的特性之一。

利用该本质特性,该所单细胞中心何曰辉博士带领的研究小组提出了命名为“拉曼组内关联分析”(Intra-Ramanome Correlation Analysis; IRCA)的思路。首先,一张单细胞拉曼光谱中数百乃至数千的拉曼谱峰中,每个谱峰(或其组合)可潜在代表一个代谢表型,如一类化合物的种类与含量。其次,把每个细胞作为一个独立的生物学重复,在不同细胞之间,将同一位置的谱峰与其它任一谱峰进行两两关联分析,如果发现呈现“负关联”的峰-峰组合,即意味着其对应的两类化合物之间存在相互转化的关系。最后,将该分析拓展到单细胞拉曼光谱中所有可能的峰-峰组合,则能建立一个该状态下之细胞内化合物相互转化(或代谢表型相互关联)的“网络”。

徐健介绍,该研究小组以各种光合微藻为模式,通过一系列系统性的生物化学与遗传学实验,验证了IRCA预测结果的准确性和可靠性。这些实验证明,仅仅需要一个样品(即一个拉曼组数据点)中的数十个细胞,通过IRCA算法,就能够揭示该特定条件与时间下,细胞中蛋白、多糖、油脂、色素、核酸等各种储碳物质的相互转化规律。这些规律的快速探测,对于光合固碳细胞工厂的筛选与表征至关重要。

最后,研究人员还通过IRCA,构建了微藻、酵母、大肠杆菌等物种在多种状态下的代谢物转化网络,验证了该方法的广谱适用性,并证明这种名为IRCN(Intra-Ramanome Correlation Network)的网络有望成为一种极为灵敏、信息量丰富的代谢表型组学数据类型,来定义、表征乃至监测任何细胞体系的代谢功能。

相对于质谱、色谱等分析手段,IRCA具有超灵敏、快速、高通量、低成本(无需试剂耗材)等核心优势,因此IRCA将在合成生物学、精准医学、生态监控、生物制造等广阔领域开辟一系列全新的应用。同时,基于拉曼组概念和单细胞拉曼分选等核心器件的创新,单细胞中心发明和产业化了临床单细胞拉曼药敏快检仪CAST-R、单细胞拉曼分选-测序文库耦合系统RACS-Seq、高通量流式拉曼分选仪FlowRACS等。IRCA将通过这些原创国产的单细胞科学仪器,服务于广大的科学与产业用户。

上一篇: 中华文明基因物证遴选工程在京启动
下一篇:没有了

本站内容收集于互联网,站务联系QQ :

Copyright © www.szworkshops.com 版权所有

Top