“物种代谢”双靶向技术解锁微生物和酶资源

一项新技术有望改变具有特定原位代谢功能的微生物物种和酶的发现。该技术名为FISH-scRACS-seq（荧光原位杂交引导的单细胞Raman-activated Sorting and Sequence），利用了青岛单细胞生物技术有限公司（Qiaongzhou Single-Cell Biotech Inc.）开发的Raman-Activatedoptical tweezer-based Cell sortinger。

该技术由中国科学院青岛生物能源与生物工艺技术研究所（QIBEBEBT）的单细胞中心与多家机构合作开发。该团队的研究结果发表在《创新》杂志上

这种创新方法将物种靶向荧光原位杂交（FISH）与拉曼光谱相结合，允许从环境样本中直接鉴定和分离功能性单细胞及其编码的酶

这种双重靶向方法使研究人员能够将特定的微生物物种与其各自的代谢功能对齐，从而揭示驱动这些过程的基因组资源。它有助于对生态相互作用、连接物种、其代谢能力、基因组序列、代谢途径和酶活性进行高分辨率检查

“通过解决现有单细胞组学方法的局限性——要么是基因驱动的（因此错过了功能方面），要么是代谢驱动的（无法靶向特定生物）——FISH scRACS-seq允许直接在自然生态系统中对微生物功能、代谢途径和基因组序列进行高分辨率分析，”单细胞中心主任徐健教授说，他领导了这项工作。

研究小组利用这项技术鉴定了来自γ-变形杆菌的细胞、途径和酶，这些菌积极参与海洋环境中降解环烷烃

他们的分析揭示了一种以前未知的酶系统，称为P450，它负责环烷烃的降解。这一发现对于受碳氢化合物污染的水生生态系统的生物修复工作至关重要

在使用复杂土壤和混合培养系统进行的实验中，FISH-scRACS-seq证明了实现99%以上单细胞基因组覆盖率的能力。这种高覆盖率使得能够彻底调查促进宿主细胞在自然环境中代谢功能的酶基因和调节元件

这项研究的一个关键发现是鉴定了黑烟假交替单胞菌，这是一种可以通过新发现的细胞色素酶系统（称为P450PsFu）有效降解环己烷的细菌

该酶系统将有毒化合物环己烷转化为无毒化合物环己醇。这一过程标志着降解途径的第一步，并为海洋碳循环的动态提供了宝贵的见解

有趣的是，P450PsFu在海洋微生物中并不常见。然而，它在海洋中的广泛存在，特别是在寒冷的海洋生态系统中，为理解海洋环境中的碳氢化合物生物降解创造了新的机会 More information: Xiaoyan Jing et al. Phylogeny-metabolism dual-directed single-cell genomics for dissecting and mining ecosystem function by FISH-scRACS-seq. The Innovation. DOI: DOI: 10.1016/j.xinn.2024.100759. www.cell.com/the-innovation/fu … 2666-6758(24)00197-8