PM高通量微生物代謝表型芯片系統
- ：PM
：美國B(niǎo)iolog
：PM可用來(lái)測定微生物細胞的表型，是與DNA芯片和蛋白質(zhì)組技術(shù)并列的、應用在基因組研究和藥物開(kāi)發(fā)的三大技術(shù)之一。PM技術(shù)可以迅速、簡(jiǎn)單、準確、高效的以同一標準模式同時(shí)測試幾千種細胞代謝表型。通過(guò)對活體細胞進(jìn)行測試，可以檢測細胞基因變化、用藥甚至環(huán)境變化后 所引起的細胞代謝表型的變化情況。該技術(shù)是分子方法（如：DNA芯片和蛋白質(zhì)組等方法）非常有力的支持和補充 手段，在其強大軟件的支持下能迅速、準確的獲得很多非常有用的信息。同時(shí)為下一步更加深入的研究指明方向，同時(shí)提供強大的數據支持。
技術(shù)原理：
PM原理
PM系統在96孔微孔板(PM平板)的每個(gè)孔里固定不同的干化細胞培養基質(zhì),當加入細胞懸液和顯色物質(zhì)并培養后,細胞表型就可以通過(guò)顏色變化表現出來(lái).如果細胞發(fā)生呼吸代謝,那么顯色劑就從無(wú)色的氧化態(tài)被還原為紫色的還原態(tài),表型反應為陽(yáng)性;如果無(wú)顏色變化,則表型反應為陰性。微孔板的培養及數據的獲取由0mnilog系統自動(dòng)完成,系統可定時(shí)自動(dòng)測定顏色變化值,最后得到表型反應的動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn),從而定量測定表型反應的強弱。樣品的動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)(顯示為綠色)及對照的動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)(顯示為紅色)通過(guò)系統中軟件的數據計算.處理后疊加在一起。有相同動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)的重疊區域被標記為黃色,而有差異的表型部分則很明顯的顯示出來(lái)(紅色/綠色)。
各種不同的PM平板上包被了多種活體細胞生長(cháng)需要依賴(lài)的基質(zhì),因此可以進(jìn)行不同生長(cháng)條件下的測試。包括有C.N.P.5.滲適壓.PH值、化學(xué)藥物等基質(zhì)條件下細的表型的測試,目前PM表型板25塊,測試的表型達到了2400種,已經(jīng)可以用于革蘭氏陰性細菌,陽(yáng)性細菌、酵母和絲狀真菌細胞表型的研究。
PM軟件
PM系統包含兩張軟件光盤(pán)，包含的軟件如下:
CD1:Data Collection數據收集軟件
CD2:Data Fileconverter數據轉換軟件,File management/KineticAnalysis動(dòng)力學(xué)分析軟件，
Parametric Analysis菌株表型對比軟件
強大的第三方分析工具
OPM是一個(gè)基于R語(yǔ)言環(huán)境的統計學(xué)軟件包,用于PM數據分析,提供了優(yōu)化和分析動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn),聚合曲線(xiàn)參數,記錄樣品和實(shí)驗設置的相關(guān)元數據以及用圖形和統計方法分析高度復雜的數據集等工具。該軟件包還包括95%的置信度圖,增強的熱圖圖形以及用于比較動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)的定制多重比較,還可以將數據和KEGG數據庫結合分析代謝路徑等。
DuctApe是一個(gè)用python編寫(xiě)的數據分析軟件,可幫助生物信息學(xué)家分析基因組和表型實(shí)驗數據.該軟件將基因組信息(編碼為KEGG代謝路徑)與表型微陣列(Phenomic Microarrays)的結果相結合,并突出顯示可能導致表型變異的基因。
應用舉例
一,基因功能研究
確定功能基因組的功能
發(fā)現編碼特定靶標的基因細胞系改進(jìn)
細胞表型穩定性測試(基因穩定性)
二、發(fā)酵條件優(yōu)化及代謝調控研究
發(fā)酵條件優(yōu)化:PM技術(shù)可用于微生物發(fā)酵條件優(yōu)化,例如用PM1-10,在2天內可獲得約1000個(gè)代謝信息,對這些信息進(jìn)行分析后,可獲得最有用的幾十個(gè)對細胞培養有利的底物信息,進(jìn)一步優(yōu)化后可以快速確定細胞的最佳培養條件。
代謝調控因子研究:通過(guò)將實(shí)驗組(細胞+調控因子)與對照組(細胞,不含調控因子)接種在同一種PM板上,培養數天后,可以獲得大量的信息,通過(guò)軟件對比,可以快速找到調控因子對代謝的影響。
優(yōu)化孢子萌發(fā)的條件、孢子形成條件研究:在真菌研究和應用領(lǐng)域,孢子的萌發(fā)和形成是經(jīng)典的研究方向。將PM技術(shù)與傳統的真菌形態(tài)學(xué)觀(guān)察相結合,可以快速找到影響孢子萌發(fā)和形成的因素。
優(yōu)化二級代謝產(chǎn)物生成條件:如抗生素,細菌、真菌毒素的產(chǎn)生,將PM技術(shù)與抑菌圈法、色譜法,直觀(guān)顏色判斷法或活細胞測試等相結合,通過(guò)快速確定培養后PM板每個(gè)微孔中的苗液是否含有相應的刺激代謝產(chǎn)物。
發(fā)現有用的酶活性:將PM技術(shù)與其它酶活快速篩選或生物信息學(xué)方法結合,可對培養后的PM板的每個(gè)微反應體系進(jìn)行快速初篩,以判斷某種底物是否對產(chǎn)生特定酶有用。
三.菌株(不同處理,環(huán)境)間代謝信息的比較與分析
通過(guò)分子生物學(xué)手段往往無(wú)法區分同種微生物的不同菌株,更無(wú)法對相同菌株在不同環(huán)境下的特性進(jìn)行對比分析,而PM系統則可快速鎖定其代謝差異,為后期進(jìn)一步的研究指明方向并提供相應數據。特別適合微生物代謝、致病機理研究以及進(jìn)行流行病學(xué)分析。
四,流行病學(xué)分析
五.其他應用
PM系統除了常用與細菌.真菌等微生物的表型測試研究外,還可用于立克次氏體、噬菌體等不易培養的微生物的表型測試。此平臺具有廣泛的可擴展的潛力,可用于測試幾乎所有種類(lèi)微生物的表型,甚至還能用于小球藻等單細胞生物的研究。
