江蘇大学バイオマスエネルギー研究院の朱道辰チームはこのほど、「Single-cell micoliter droplet screening microfluidic system enables high-throughput isolation and***of lignin-degrading bacteria from the termite gut」と題した研究成果を「Insect Science」に発表した。単細胞マイクロリットル液滴に基づくマイクロフロー制御システムによる高フラックス分離培養シロアリ腸管リグニン分解菌》。この研究は高フラックスマイクロアップグレード液滴培養システム（MISS cell）シロアリ腸管微生物研究に応用し、培養しにくい微生物機能資源を発掘するために強大な方法学ツールを提供した。

一、研究背景：

リグニンは植物バイオマスの重要な成分の1つであり、その高効率分解と転化はバイオマス資源化利用の難点である。シロアリ腸管は天然リグノセルロース分解システムとして、大量の培養されていない微生物資源を埋蔵しており、特にリグニン分解に大きな潜在力を持っている。しかし、伝統的な寒天平板法はその中の微生物多様性を全面的に獲得することが難しく、関連微生物資源の開発と利用を深刻に制約している。

二、研究方法：

本研究では高等シロアリ（ナスチテルムズ Tiantongensis）をサンプルとして、その腸管微生物懸濁液をそれぞれ以下の2つの方法で培養した：

●伝統的な寒天平板法：
リグニンを単一炭素源の固体培地をスクライブ分離した。

● MISS cellメソッド：
液滴マイクロフロー制御技術に基づいて、腸管菌群を独立したマイクロアップグレード液滴に単分散した。各液滴は密閉された独立した液体制限領域空間であり、コロニー間の競争を効果的に回避し、弱勢及び難培養菌株の成長に理想的な環境を提供した。

研究は16 S rRNA遺伝子増幅子配列測定技術を用いて、2つの方法で得られた菌株に対して系統的な多様性比較分析を行った。

三、研究結果：

1.分離効率が顕著に向上：

MISSセルシステムの共分離477個リグニンは細菌コロニーを分解するが、従来の方法では得られた73コロニー数は約6.5倍上昇し、微生物分離効率における顕著な優位性を示した。

2.種多様性捕獲能力の増強：

①2つの方法で計97の操作分類ユニット（OTUs）を取得する。このうち、MISSセル法は31（31.96%）、従来法は20（20.62%）であった。

②MISSセルシステムが獲得したOTUの総数は従来の方法より16.7%高かった。

③MISSセル培養で得られた微生物群落は、従来の寒天平板法と比較して高い多様性を有し、このシステムが未培養微生物資源を獲得するための有効なツールであることを示している。

3.クラスタ構造の違い：
両方法はいずれも変形菌門、厚肉菌門などの主要細菌類群の捕獲に成功したが、属級分類レベルではMISS cellはより豊富な種組成を示し、連鎖カビ、仮単胞菌を含む多種の既知機能菌属を獲得することに成功し、同時に大量の未分類微生物類群を含んでいる。

研究結果：
本研究では、MISSセルシステムその独特なマイクロ液滴培養システムを通じて、シロアリ腸管中のリグニン分解細菌をより効率的、より全面的に分離することができ、伝統的な培養方法の技術限界を効果的に突破した。この技術は複雑な環境サンプルにおける難培養微生物の資源掘削と機能開発に信頼性のある技術支援を提供した。

MISS cellについて

高スループットマイクロアップグレード液滴培養グループ学システム（Single-cell Microliter-droplet Culture Omics System，MISS cell culture omics）は液滴マイクロフロー制御技術に基づいて開発された微細化高スループット単細胞培養及び選別装備であり、単回運転実験では約5000-2000個の液滴（500-4000個のモノクローナル）を処理することができ、液滴生成後に高通気性管路に保存してインキュベーション（0-60日）を行い、最後に光学信号（OD、蛍光、化学発光など）を通じて検査選別を行い、単細胞レベルでの環境菌群の分離培養を実現し、目的の液滴は多孔質プレートに選別保存される。

4つのメリット

1、液滴系

MISS cellのコアメリットは、従来の寒天平板法に比べて分離培養で得られた種の豊かさが高い独自のマイクロアップグレード液滴システム設計に由来している

2、高効率分離培養

MISS cellは微生物細胞ごとに独立、均一な微小液滴培養環境を創造し、交差汚染及びコロニー間競争抑制を効果的に回避でき、低豊度、難培養菌株に最適な成長条件を提供する

3、自動化の度合いが高い

MISS cellはサンプルをアップロードした後、製造、インキュベーション、検査、選別及び目標液滴収集の全プロセスを自動化する

4、アプリケーションシーンが豊富

MISS cellは細菌、酵母、カビ、放線菌、藻類などの高スループットスクリーニング、環境微生物の分離とスクリーニング、嫌気性菌、窒素固定菌などの特殊ガス環境微生物培養スクリーニング、酵素進化、抗体スクリーニング、薬物スクリーニング、合成生物学などの場面はすべて効率的に応用できる