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基于单细胞拉曼技术的口腔病原微生物快速鉴别研究 被引量：1
1
作者 李姗姗 孙雁斐 +1 位作者 郭艺 杨芳 《口腔医学研究》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期794-799,共6页
目的:评价单细胞拉曼技术对3种口腔病原微生物的快速分类效能。方法:(1)培养变异链球菌UA159、白色念珠菌ATCC10231和粪肠球菌ATCC29212至稳定期,绘制生长曲线评估生长状态;(2)测量对数和稳定期菌株单细胞拉曼图谱,使用主成分和随机森... 目的:评价单细胞拉曼技术对3种口腔病原微生物的快速分类效能。方法:(1)培养变异链球菌UA159、白色念珠菌ATCC10231和粪肠球菌ATCC29212至稳定期,绘制生长曲线评估生长状态;(2)测量对数和稳定期菌株单细胞拉曼图谱,使用主成分和随机森林分析方法分析光谱。结果:(1)3个菌株的对数期和稳定期均可被拉曼技术快速区分。准确率分别为:99.6%、99.86%、99.60%;(2)单细胞拉曼技术能够快速精确区分稳定期的3种实验菌株,准确率高达99.68%;(3)通过随机森林算法分析得到3种稳定期实验菌株之间的拉曼差异峰分别为:1126~1128 cm^(-1)、736~744 cm^(-1)、1330~1440 cm^(-1)、778~785 cm^(-1)、1001~1003 cm^(-1)和1431~1481 cm^(-1)。其生物学标志分别为:蛋白质、胸腺嘧啶、脂质、胞嘧啶、尿嘧啶、苯丙氨酸、蛋白质。结论:单细胞拉曼光谱可高效区分物种的生长时期和菌株类别。 展开更多
关键词 单细胞拉曼 口腔病原微生物 鉴定 随机森林 主成分分析
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基于单细胞拉曼技术鉴定非结核分枝杆菌的方法研究 被引量：4
2
作者 阮真 朱鹏飞 +7 位作者 张磊 陈荣泽 李洵融 付晓婷 黄正谷 周刚 籍月彤 廖璞 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3468-3473,共6页
非结核分枝杆菌(NTM)是除结核分枝杆菌复合群(MTC)和麻风分支杆菌以外的分枝杆菌总称。近年来NTM导致人类感染的发病率不断上升,其感染的临床症状与MTC感染极为相似,但两者治疗方案却存在差异,临床亟须快速、准确的鉴定方法用于诊断NTM... 非结核分枝杆菌(NTM)是除结核分枝杆菌复合群(MTC)和麻风分支杆菌以外的分枝杆菌总称。近年来NTM导致人类感染的发病率不断上升,其感染的临床症状与MTC感染极为相似,但两者治疗方案却存在差异,临床亟须快速、准确的鉴定方法用于诊断NTM感染。单细胞拉曼光谱技术(SCRS)具有非标记、免培养、快速、准确、低成本等优势。据此,我们提出了一种基于显微共聚焦单细胞拉曼光谱技术鉴定NTM的方法。通过对临床常见的六种NTM(脓肿分枝杆菌、戈登分枝杆菌、偶发分枝杆菌、土分枝杆菌、鸟分枝杆菌以及堪萨斯分枝杆菌)的拉曼光谱进行处理比较,并结合峰位注释进行分析。采用无监督低维可视化的t-分布式随机邻域嵌入方法展示六种NTM的拉曼数据结构,证明其数据在低维空间上的可分性后,比较分类中常用的六种分类器[支持向量机分析(SVM)、K最近邻分类算法(KNN)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、随机森林(RF)、线性判别分析(LDA)、XG Boost]的效果。SVM和LDA在NTM分类中效果最好,分别达到了99.4%和98.8%的测试准确率;SVM仅对于堪萨斯分枝杆菌(97.96%,48/49)的分类准确性略低,其余均为100%;LDA对于脓肿分枝杆菌(95.65%,22/23)和戈登分枝杆菌(96.30%,26/27),其余也均为100%。因此,单细胞拉曼检测结合SVM分类器为NTM快速准确鉴定提供了富有潜力的新工具。 展开更多
关键词 单细胞拉曼技术 非结核分枝杆菌 病原微生物鉴定 支持向量机分析
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单细胞拉曼光谱测试分选装备研制及应用进展 被引量：2
3
作者 刁志钿 王喜先 +2 位作者 孙晴 徐健 马波 《合成生物学》 CSCD 2023年第5期1020-1035,共16页
合成生物学的跨越式发展,取决于“设计-构建-测试-学习”(design-build-test-learn)这四大环节的突破。随着基因组测序、编辑、合成以及人工智能技术的日新月异,业界设计和构建突变体甚至人工细胞工厂的能力已经突飞猛进。然而,合成生... 合成生物学的跨越式发展,取决于“设计-构建-测试-学习”(design-build-test-learn)这四大环节的突破。随着基因组测序、编辑、合成以及人工智能技术的日新月异,业界设计和构建突变体甚至人工细胞工厂的能力已经突飞猛进。然而,合成生物学至今仍面临的困境之一便是“大体系的复杂性难以处理”,一旦体系变大,细胞表型测试与分选的工作量就非常艰巨,甚至不可完成。单细胞拉曼光谱(SCRS)技术能够在活体单细胞水平、非标记状态下识别全景信息从而分辨复杂功能表型,且具有快速、低成本、能够与下游细胞组学研究耦联等优势,被视为全新的单细胞表型识别技术。目前,基于SCRS技术强大的表型识别能力已发展了系列合成表型的测试与分选装备,并进行了广泛的应用示范,展示了其助力合成生物学表型测试与分选的巨大潜力。本文选取自主研制的单细胞拉曼光镊分选仪(RACS-Seq)、单细胞微液滴分选系统(EasySort)和高通量流式拉曼分选仪(FlowRACS)为典型仪器装备,分别概述其技术原理和技术迭代以及特色应用案例等。本文最后对当前基于SCRS技术的合成表型测试分选装备所存在的问题及潜在解决策略进行了探讨和展望。 展开更多
关键词 合成生物学 单细胞拉曼光谱技术 细胞工厂 单细胞表型识别 高通量分选
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基于谱聚类与单细胞拉曼光谱的细胞生长分析方法研究
4
作者 李新立 丛丽丽 +1 位作者 徐抒平 李肃义 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2832-2836,共5页
单细胞拉曼光谱(SCRS)技术具有快速、灵敏和无标记的优势,可以从单细胞水平上研究细胞结构,本文为实时监测单细胞微生物生长代谢变化,提出了基于谱聚类和SCRS的细胞生长检测方法,并采集600个同步培养的发酵工程菌-大肠杆菌SCRS数据作为... 单细胞拉曼光谱(SCRS)技术具有快速、灵敏和无标记的优势,可以从单细胞水平上研究细胞结构,本文为实时监测单细胞微生物生长代谢变化,提出了基于谱聚类和SCRS的细胞生长检测方法,并采集600个同步培养的发酵工程菌-大肠杆菌SCRS数据作为实验数据,采集300个发酵益生菌-枯草芽孢杆菌SCRS数据验证方法适用性。首先,对同步培养的菌落测量OD 600生长曲线作为微生物群体水平上生长时期标签;其次,应用t-SNE对群体细胞SCRS数据进行可视化分析,指导谱聚类对高维SCRS数据聚类分析,并应用轮廓系数和CH index评估最佳聚类簇,赋予每个SCRS数据簇标签;最后,应用三次样条插值拟合统计SCRS数据簇标签和生长时期标签交集,精准识别群体中共存的生长时期异质数据,实现对单细胞微生物生长时期精准鉴定。结果表明,基于谱聚类与SCRS的细胞生长分析方法根据同步培养的群体细胞生长曲线,设置2维嵌入空间维度和基于最近邻的谱聚类相似度计算方法,有效检测三个生长时期最佳聚类簇中9%和4.3%异质数据。提出的无监督检测单细胞生长的方法,借助谱聚类无需标记就可以直接根据SCRS数据特征进行建模,并能够对任意形状的高维SCRS数据聚类且快速收敛的优势,实现了对两种发酵工程菌和发酵益生菌细胞滞后期、对数期和稳定期的精准识别,真正意义上实现从单细胞水平上检测细胞生长,为发酵工程提供更加精准、实时的调控指导,具有重要的工程应用价值。 展开更多
关键词 谱聚类 单细胞拉曼光谱 细胞生长 发酵工程
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以单细胞拉曼光谱为基础的细胞乙醇应激
5
作者 滕琳 籍月彤 《江苏农业科学》 北大核心 2017年第2期262-264,284,共4页
生物乙醇被认为是一种清洁的可再生能源,然而同时也是一种潜在的环境污染物。虽然目前关于细胞乙醇应激的研究已经非常广泛,但是细胞为生命活动的基本单元,对单细胞层面的细胞应激研究是非常必要的,有助于深化人们对单细胞进化的认识,... 生物乙醇被认为是一种清洁的可再生能源,然而同时也是一种潜在的环境污染物。虽然目前关于细胞乙醇应激的研究已经非常广泛,但是细胞为生命活动的基本单元,对单细胞层面的细胞应激研究是非常必要的,有助于深化人们对单细胞进化的认识,然而目前在单细胞尺度进行细胞应激反应研究的方法还是非常有限的。拟采用单细胞拉曼光谱技术,对细胞在不同浓度乙醇处理下进行指纹图谱的检测,获得其单细胞应激的表型性状。结果表明,在不同浓度乙醇处理30min的条件下,细胞可以非常灵敏地对外界刺激进行反应,主要表现在脂类、蛋白类拉曼谱峰的强度增强,以及表征核酸类物质的拉曼峰强度下降;同时,由于在不同浓度乙醇作用下细胞的不同反应,可以对细胞外环境中乙醇含量进行预测。由研究结果可见,细胞乙醇应激可以采用单细胞拉曼光谱进行检测,同时该技术还可以应用在对环境中存在的乙醇含量的预测方面。 展开更多
关键词 乙醇刺激 单细胞拉曼光谱(SCRS) 浓度预测
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基于拉曼技术的单细胞生长检测方法
6
作者 李新立 张欣雨 +1 位作者 杨强 李肃义 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1489-1496,共8页
目的单细胞生长检测可以更加科学地揭示微生物代谢变化的规律,为后期微生物工程应用提供指导。针对微生物生长应用于食品安全期和最佳食用期的精准检测问题,本文提出一种基于拉曼技术的单细胞生长检测方法。方法首先,通过同步培养实验... 目的单细胞生长检测可以更加科学地揭示微生物代谢变化的规律,为后期微生物工程应用提供指导。针对微生物生长应用于食品安全期和最佳食用期的精准检测问题,本文提出一种基于拉曼技术的单细胞生长检测方法。方法首先,通过同步培养实验采集了枯草芽孢杆菌两个批次共900个单细胞拉曼光谱(SCRS)数据,其中600个用于训练和测试,另一批次300个用于模型验证。其次,基于主成分分析的特征关系矩阵,提出CP-SP特征评估方法以筛选SCRS特征用于模型检测。再基于XGBoost构建检测模型,并应用网格搜索和交叉验证对检测模型进行调优。最后,应用混淆矩阵、ROC曲线评估模型对细胞滞后期、对数期和稳定期的检测准确率、敏感性和特异性。结果选用CP-SP筛选的第一、第二和第四主成分较特征贡献率前3个主成分的分类性能提高了3.1%,调优后的细胞生长检测模型测试准确率为96.0%,验证准确率为92.3%。结论基于拉曼技术的单细胞生长检测方法能准确识别单细胞生长状态且具有较高的泛化能力,可为食品安全和保鲜制定精准调控机制提供科学指导。 展开更多
关键词 单细胞拉曼光谱 细胞生长 食品安全和保鲜 特征关系矩阵 XGBoost
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应用拉曼光谱对比分析德式乳杆菌保加利亚亚种ND02及其VBNC态细胞成分 被引量：1
7
作者 包秋华 马学波 +3 位作者 任艳 王丽娜 张雨虹 代利霞 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期114-118,共5页
采用扫描电子显微镜、单细胞拉曼光谱技术对比分析德氏乳杆菌保加利亚亚种ND02(Lactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus ND02)正常及其非可培养态(viable but non-culturable,VBNC)细胞的表观形态和细胞内部大分子化合物的变化。... 采用扫描电子显微镜、单细胞拉曼光谱技术对比分析德氏乳杆菌保加利亚亚种ND02(Lactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus ND02)正常及其非可培养态(viable but non-culturable,VBNC)细胞的表观形态和细胞内部大分子化合物的变化。扫描电子显微镜结果显示,与正常细胞相比,德氏乳杆菌保加利亚亚种ND02的VBNC态细胞变短、变粗,且细胞表面发生褶皱;VBNC态细胞的拉曼光谱与正常细胞差异显著,主要集中在1673、1650、1459、1030、1005 cm^(-1)等处的12个峰,主要反映细胞内蛋白质、核酸等生物大分子变化,结果表明德氏乳杆菌保加利亚亚种ND02在诱导进入VBNC态时可能通过调整核酸、脂类和蛋白质适应不利环境的影响;研究结果也证实拉曼光谱技术可以在单细胞水平上对德氏乳杆菌保加利亚亚种ND02及其VBNC态细胞内大分子物质进行无损、无标记检测分析。 展开更多
关键词 德氏乳杆菌保加利亚亚种ND02 活的非可培养态 诱导 单细胞拉曼光谱 细胞成分
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