微藻是一類十分多樣的生物,作為初級生產者發揮著至關重要的生態作用,并對水生光合作用做出了重大貢獻。微藻也越來越多地被使用于生產可再生燃料、食品、保健品和其他生物制品。熒光細胞分選可用于在基礎研究中富集所需的微藻種群,例如發現和分離新物種,以及為各種生物技術應用開發穩定的工程菌株。
萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)可能是研究最深入的微藻,可以作為理解許多生物過程的模型,包括光合作用、葉綠體生物學,晝夜節律系統、碳濃縮機制和環境應激反應。此外,由于其單倍體基因組和易于培養生長的特性,萊茵衣藻更多的被科學家用作開發遺傳工具的平臺和生產各種產品的基底。我們使用衣藻作為樣本證明了WOLF G2單細胞柔性分選系統的溫和分選能力。有了這臺儀器,我們可以將單個衣藻分選在96孔板中,表達GFP陽性目標細胞可以高度富集并能夠保持高活力狀態。
在每個實驗之前測定衣藻的生長曲線,以確定萊茵衣藻的快速生長區間。下圖為野生型和GFP表達型的生長曲線,數據表明,快速增長發生在第1天和第3天之間。因此,使用早期生長階段的培養物進行分選實驗。
分選前的衣藻樣本中表達GFP的比例為10%至50%,總共設置了5組實驗驗證WOLF G2對不同目標細胞比例樣本的富集效果。通過檢測葉綠素自發熒光(FL5;B706)和GFP(FL1;B525)來區分活的萊茵衣藻細胞,流式圈門情況如下所示。葉綠素自發熒光信號的強度是藻類細胞活力的直接反映,通常WOLF G2單細胞柔性分選系統上萊茵衣藻信號高于104 decade表示活細胞,而低于104 decade的低信號表示應激/死亡細胞。
在三周的時間內進行了五次獨立實驗,大量富集GFP陽性的萊茵衣藻。五個樣本是通過以不同比例將CC-4533(WT野生型)和CC-5416(GFP)細胞混合在一起制備得到。藍條代表分選前藻類陽性細胞占比,綠色條代表富集后的GFP陽性細胞占比。誤差線表示N=2個技術重復的標準偏差。
并且使用Novocyte流式細胞儀對GFP陽性萊茵衣藻進行富集后的陽性細胞占比的確認:A圖為富集前的衣藻以9:1的比例混合(WT CC-4533:GFP CC-5416),B圖為富集后的衣藻GFP細胞。
將GFP陽性細胞使用WOLF G2單細胞柔性分選系統和N1單細胞分配器進行單細胞分選,分選至96孔板。如下圖展示,經過WOLF G2單細胞柔性分選系統分選后的單個衣藻細胞在培養三周后,依然有80%以上的細胞保持了高生長活力,并且長成了單克隆。長成的單克隆經過鏡檢驗證了GFP熒光特性,下圖中圖A為分選的CC-5416的10x和40x明場圖像,圖B為10x FITC/GFP熒光圖像。比例尺代表10倍和40倍物鏡上的相對細胞大小。圖像是在倒置回波顯微鏡上拍攝的。GFP熒光暴露時間為150毫秒。
通過上述富集和單細胞分選實驗,以評估使用WOLF G2單細胞柔性分選系統富集活GFP陽性細胞的情況。證實WOLF G2單細胞柔性分選系統能夠溫和富集和單細胞分選活的GFP陽性萊茵衣藻細胞,并能夠在培養三周后顯示出高長成率。
高富集(>93%)效果和細胞高活力(>80%)的結合可以為科學家優化各種應用的工作流程,包括各種生物產品的穩定細胞系開發、生物燃料、物種/突變體分離和鑒定、組學研究、海洋監測、健康、新藻類物種的發現/分離等。
WOLF G2單細胞柔性分選系統體積小、便攜、易于使用,非常適合野外作業。與傳統的噴氣式分選機相比,微流體系統提供了更溫和的分選環境,是保存藻類細胞活力至關重要的理想選擇。
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