照亮未知 | PIXL如何解鎖微生物世界的“暗物質(zhì)”

超越宏基因組學/

未培養(yǎng)微生物組被稱為微生物世界的“暗物質(zhì)”，在人類腸道、厭氧土壤、極端環(huán)境等自然生態(tài)系統(tǒng)中占比超90%，因難以通過傳統(tǒng)實驗室培養(yǎng)技術(shù)分離，在醫(yī)學、生態(tài)、工業(yè)領(lǐng)域的巨大潛力長期未被挖掘，而研究受阻的核心瓶頸的在于：氧敏感菌株易失活、人工分離效率低下、原生微環(huán)境難以復刻。

由英國Singer Instruments公司研發(fā)的PIXL高通量自動化菌落挑選工作站，正成為突破這一困境的變革性工具。不同于僅能捕獲基因片段的宏基因組學等“免培養(yǎng)技術(shù)”，PIXL填補了“檢測”與“分離”的空白，可直接獲取具有活性的未培養(yǎng)微生物，支持后續(xù)功能研究，澳大利亞人類微生物組生物樣本庫（AHMB）明確表示，PIXL是實現(xiàn)樣本快速處理、獲取微生物完整元數(shù)據(jù)的“必備工具”。

突破培養(yǎng)瓶頸/

超高通量高效捕獲稀有菌株

人工挑選菌落每天僅能分離數(shù)百個菌株，易遺漏低豐度稀有物種，而PIXL每小時可挑取1000個菌落，準確率達99.8%。

這一效率對AHMB（“澳洲人類微生物組生物庫）至關(guān)重要：該樣本庫2024年6月啟動樣本采集，依托PIXL實現(xiàn)“樣本采集后5分鐘內(nèi)啟動處理”，目前已保存1.25萬個微生物菌株（涵蓋腸道、皮膚、口腔、陰道來源），其中48.93%為未在公共數(shù)據(jù)庫登記的新物種，大幅豐富了人類微生物組研究資源。

環(huán)境適配守護敏感菌株活性

腸道厭氧菌、深海細菌等未培養(yǎng)微生物對氧氣、溫度極為敏感，PIXL可集成至37℃恒溫、氧濃度低于5ppm的厭氧箱中，且無需更換針頭或清洗循環(huán)（避免破壞厭氧環(huán)境），能在高度受控環(huán)境下穩(wěn)定挑取多種微生物。

PIXL可以支持定制厭氧外罩，不僅滿足高通量需求，還可提供穩(wěn)定的厭氧環(huán)境。

精準檢測：無偏差分離隱形菌落

未培養(yǎng)微生物常形成無色、暗淡菌落，肉眼難以識別，PIXL整合熒光檢測、顏色識別、阻抗分析技術(shù)，可精準識別隱形菌落。

在AHMB流程中，樣本經(jīng)稀釋后通過流式細胞熒光分選技術(shù)劃分為96點陣列，培養(yǎng)后由PIXL精準挑取至96孔板；再次培養(yǎng)至目標OD值后，于-80℃冷凍保藏，有效避免了生長緩慢、形態(tài)不明顯菌株的遺漏。

應用價值/

人類微生物組探索

人類微生物組中60%-80%的菌種（尤其腸道微生物）因難培養(yǎng)未被認知。AHMB依托PIXL發(fā)現(xiàn)大量新菌株，這些-80℃保藏的菌株，為益生菌研發(fā)、微生物組相關(guān)疾?。ㄈ缙D難梭菌感染）治療、診斷標志物篩選提供了核心資源。

工業(yè)微生物工程

在釀造、發(fā)酵領(lǐng)域，PIXL（搭配厭氧工作站）可分離影響風味的未培養(yǎng)窖泥微生物，助力構(gòu)建微生物庫、編輯功能基因，打造優(yōu)化的“微生物細胞工廠”，突破傳統(tǒng)篩選易遺漏關(guān)鍵菌種的局限。

環(huán)境微生物研究

針對深海沉積物、熱泉等極端環(huán)境樣本，PIXL的快速處理能力可保護壓力/溫度敏感菌株，結(jié)合定制培養(yǎng)基模擬原生環(huán)境，為發(fā)現(xiàn)耐熱消化酶、污染物降解蛋白等工業(yè)用極端酶提供新路徑。

未來展望：拓展培養(yǎng)邊界/

PIXL 的技術(shù)迭代將持續(xù)引領(lǐng)未培養(yǎng)微生物研究的前沿。在硬件層面，集成的熒光檢測與阻抗分析系統(tǒng)將進一步升級，結(jié)合 AI 算法的深度優(yōu)化，實現(xiàn)對菌落形態(tài)、代謝活性的毫秒級動態(tài)監(jiān)測，即使是生長速率極低、代謝信號微弱的稀有菌株也無所遁形。

對于全球微生物組研究機構(gòu)而言，PIXL 的技術(shù)進化意味著更高效、更精準的科研路徑，它不僅是連接微生物“暗物質(zhì)” 與現(xiàn)實應用的橋梁，更是開啟微生物功能基因組學新時代的密鑰。未來，隨著技術(shù)壁壘的不斷突破，PIXL 必將助力科研人員破解更多生命密碼，讓未培養(yǎng)微生物組的無限潛力，轉(zhuǎn)化為推動醫(yī)學革新、工業(yè)升級與生態(tài)保護的核心動能。