近日，食品學院鄭浩課題組（www.zhenghaolab.org）在生物學領域頂級期刊《微生物組》（Microbiome）發表題為“Strain-level profiling with picodroplet microfluidic cultivation reveals host-specific adaption of honeybee gut symbionts”的最新研究成果。該研究開發了液滴微流控平臺，對蜜蜂腸道單個細菌進行皮升級液滴培養和鳥槍法宏基因組測序。宏基因組分析展示了蜜蜂腸道微生物的菌株水平多樣性，揭示了不同細菌屬中潛在新菌株的存在。比較基因組結果表明來自西方蜜蜂的乳桿菌含有一組與多糖代謝相關的獨特基因，與宿主特異性定植密切相關。   　　共生腸道微生物具有豐富的基因組和代謝池，與宿主的健康密切相關。近年來，基于標記基因擴增和鳥槍法宏基因組的研究擴大了人們對復雜腸道微生物群落多樣性的理解，但由于測序深度等限制，傳統測序分析往往會掩蓋來自同一物種菌株之間廣泛存在的基因組和表型多樣性，因此培養對于腸道微生物組的研究至關重要。基于液滴的微流體技術（Microfluidics）以低雷諾數和層流狀態操縱不混溶相中的離散體積的流體，可以通過在直徑為數十至數百微米的、由不混溶的油和表面活性劑分隔的液滴中隔離微生物來消除群落培養中過度生長的快速增長種群的影響；同時由于液滴不受微細物理孔或通道的限制，可以在短時間內創建數百萬個獨立的培養系統，從而實現高通量的微生物平行培養，這極大克服了傳統培養方式的缺陷。   　　蜜蜂是自然和農業中植物的重要傳粉者，腸道微生物群會影響蜜蜂的營養、體重增加、內分泌信號、免疫功能和病原體抵抗力，對宿主健康具有重要意義，需要對不同腸道微生物成員的作用進行更多研究。更重要的是，雖然蜜蜂腸道被有限數量的細菌系統型定植，但仍然存在顯著的菌株水平多樣性，個別菌株具有獨特的基因組潛力和關鍵能力，為菌株水平分析提供了良好的模型。   　　在該研究中，研究人員建立了一個成熟的液滴微流控平臺，產生了約6×108個單細菌液滴，通過對培養物的宏基因組分析得到了蜜蜂腸道的大量基因組草圖，并進行了功能預測和基因組比較，對雙歧桿菌屬的分析揭示了潛在分類單元的存在，這些菌株在跨膜運輸、肌醇利用以及多糖利用方面存在豐富的多樣性。特別地，研究者們得到了來自蜂糧乳桿菌（Lactobacillus panisapium）的新菌株，該菌種在以往的研究中被認為特異性來源于中華蜜蜂。通過進一步的基因組比較，發現來自西方蜜蜂的菌株中獨特地含有一組與飲食阿拉伯糖利用相關的代謝基因簇，包括araf43A, rafB, abfA和abfB，這可能與其對不同蜜蜂宿主的特異性適應密切相關。   　　該研究證明了基于液滴的單細菌培養在蜜蜂腸道微生物多樣性研究方面的適用性，同時為液滴微流體技術在更復雜的環境微生物群落大規模研究中的應用鋪平了道路。中國農業大學食品學院碩士生孟宇杰為論文第一作者，清華大學化學工程系張翀副教授為共同通訊作者。該研究獲得了中國農業大學人才培育發展支持計劃、國家重點研發計劃青年項目、國家自然科學基金面上項目的資助。