近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所劉陳立實驗室在細菌細胞周期同步化的方法上獲得了新進展。相關(guān)研究成果以Microfluidic synchronizer using a synthetic nanoparticle-capped bacterium（基于人造磁細菌和微流控技術(shù)的細菌同步化器）為題，以封面文章的形式發(fā)表于國際合成生物學(xué)專業(yè)期刊ACS Synthetic Biology《美國化學(xué)學(xué)會·合成生物學(xué)》（ACS Synthetic Biology, DOI: 10.1021/acssynbio.9b00058. IF=5.316）。

細菌無處不在，與日常生活、人類健康息息相關(guān)。它同時也是科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中重要的研究對象與工具。然而，半個世紀以來，“細菌如何控制自身細胞周期”這個基本科學(xué)問題一直是未解之謎。在實驗室培養(yǎng)過程中，由于實驗操作和細菌特性等原因，細胞群體通常是由一個個處于細胞周期不同階段的個體組成的，研究人員無法從這種混合體研究對象中了解特定細胞周期所發(fā)生的事件。因此，細胞同步化方法的建立是細胞周期研究的關(guān)鍵。現(xiàn)存的細菌同步化方法具有較大的局限性，并不足以獲得高質(zhì)量、干擾小的同步化細菌細胞，這嚴重阻礙了相關(guān)研究的開展。

為了解決上述問題，劉陳立實驗室采用合成生物學(xué)的方法構(gòu)建了一個人造磁細菌，為大腸桿菌的一端添加了人工合成的磁納米顆粒，使其具有趨磁性。在此基礎(chǔ)上，以微流控芯片為載體，使用磁鐵將該人造磁細菌的一端吸附在微流控通道的表面，使母細胞在持續(xù)流通的新鮮培養(yǎng)基中進行正常的生長分裂。由于新分裂的子細胞不具有磁納米顆粒，因此會隨培養(yǎng)基流出同步化芯片。在短時間內(nèi)收集得到的細胞都是剛分裂結(jié)束產(chǎn)生的新生子細胞，在接種到新鮮培養(yǎng)基后，可以維持2-3個周期的同步化生長。該方法不僅克服了傳統(tǒng)方法的局限性，提高了細菌同步化的質(zhì)量，并且對不同菌株具有較為廣泛的適用性。這一研究將合成生物學(xué)應(yīng)用于細菌生理學(xué)研究，為合成生物學(xué)在基礎(chǔ)生物學(xué)研究中的應(yīng)用提供了新的思路。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金，中科院重點部署等項目支持。