「微生物单细胞转录组测序」

微生物单细胞转录组技术是通过对单个微生物细胞进行基因表达测序，揭示微生物群体异质性及功能状态的高通量分析方法。

      「技术优势」

• 采用去除rRNA方式，mRNA检测数量多，实验成功率高

• 一次可获得2000个-10000个单细胞转录组数据

• 基因中位数>100

「应用领域」

• 识别耐药相关亚群标志物

• 开发针对持久菌的特异性抑制剂

2. 微生物研究‌ 

• 解析复杂菌群中物种互作网络

• 揭示肠道菌群功能异质性

  
  

3. 工业微生物改造‌

• 筛选高产代谢亚群

• 优化发酵工艺控制
  

4. 环境微生物监测‌

• 追踪污染物胁迫下的群体适应性进化

• 评估抗生素环境残留的生态风险
  

「分析内容」

「结果展示」

细胞聚类&分群

差异基因分析

拟时序分析

Bacterial droplet-based single-cell RNA-seq reveals antibiotic-associated heterogeneous cellular states

基于细菌液滴的单细胞RNA测序揭示了与抗生素相关的异质性细胞状态

发表期刊：Cell （2023）

影响因子：42.5

关键词：微生物单细胞转录组、细菌耐药

研究内容与结果

一、颠覆认知：细菌群体中存在"社会分工"

通过对临床分离的肺炎克雷伯菌MGH66进行研究，科学家发现：

1. 移动遗传元件（MGE）驱动的"突变先锋"亚群‌

占群体4.5%的细胞高表达IS903B转座酶基因

该亚群突变频率比普通细胞高7倍（p=0.002）

解释了临床中某些菌株快速产生碳青霉烯类耐药性的现象

2. 前噬菌体激活的"自毁型"亚群‌

在另一临床株BIDMC35中发现2%细胞高表达噬菌体基因

同时伴随耐药基因blaOXA-663表达下调

可能是细菌群体为应对环境压力采取的"断臂求生"策略

3. 稀有代谢功能亚群‌

仅占0.25%-0.36%的细胞高表达麦芽糖转运基因

在营养匮乏环境中可能发挥关键作用

这些发现彻底改变了"细菌群体均质化"的传统认知，为理解微生物适应性进化提供了全新视角。

二、抗生素应对：细菌的"群体智慧"令人震惊

当用美罗培南（碳青霉烯类抗生素）处理细菌时，BacDrop捕捉到四种应激反应亚群：

特别发现‌：

cspD高表达细胞通过流式分选验证具有更强的存活能力

过表达cspD可使持久菌数量增加100倍（p<0.005）

该亚群未出现基因突变，属于表型耐药机制

酵母菌送样建议：

1、取培养终点的菌液和50%甘油1:1（0.5mL：0.5mL）混合均匀置于1.5 mL EP管中（甘油用无菌PBS配置）；

2、密封后做好样本标记，并填写好送样信息单，利用足量的干冰寄出，同一样本准备2管菌液。

细菌送样建议：

1、取菌液（10^9~10^10个菌体），7000g 离心5 min（4 ℃），去上清得菌体；

2、加入4 mL固定液（利用1x PBS配置 4% 甲醛 ）重悬菌体，使用旋转混匀仪于4 ℃ 过夜固定（固定时间不超过16 h，旋转仪的作用是为了避免细菌聚沉，保证细菌充分固定）；

3、取固定后细菌悬液，7000g 离心5 min（4 ℃），去掉上清；

4、使用1 mL PBS-RI（含RNA酶抑制剂的1x PBS （终浓度为0.1 U/uL））重悬细菌沉淀，7000g 离心5 min（4 ℃），去掉上清；

5、使用1 mL PBS-RI重悬细菌沉淀，7000g 离心5 min（4 ℃），去掉上清；

6、使用500 μL~1 mL 重悬液（PBS-RI中加入甘油和乙醇，甘油和乙醇终浓度均为25%）重悬细菌沉淀；

7、将离心管密封后做好样本标记，立即干冰运输（运输时间＜4天）。

注：（1）对数生长期细菌状态良好，基因表达量可能更高，无生长时期要求的老师建议送样对数生长期的菌株。（2）细菌碎片和杂质对实验结果有一定的影响，应尽量去除。