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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
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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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拉曼光谱技术在单细胞表型检测与分选中的应用进展 被引量:4
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作者 王喜先 孙晴 +2 位作者 刁志钿 徐健 马波 《合成生物学》 CSCD 2023年第1期204-224,共21页
基因组测序、编辑与合成技术日新月异,推动了基因型“设计”和“合成”能力的突飞猛进,同时也使人工细胞的表型检测成为合成生物学发展的瓶颈之一。对于细胞功能的快速测试与评价,单细胞分析技术具有重要意义与前景,但理想的解决方案需... 基因组测序、编辑与合成技术日新月异,推动了基因型“设计”和“合成”能力的突飞猛进,同时也使人工细胞的表型检测成为合成生物学发展的瓶颈之一。对于细胞功能的快速测试与评价,单细胞分析技术具有重要意义与前景,但理想的解决方案需要具备活体无损、非标记式、提供全景式表型、能分辨复杂功能、快速高通量且低成本、能与组学分析联动等特征。拉曼光谱技术具备上述所有特征,能够提供单细胞的化学成分组成及分子结构等信息,是一种高效的单细胞表型识别技术。本文首先概述了拉曼组概念和基于拉曼组的细胞功能表型识别,包括代谢产物定性和定量、底物代谢和互作表征、细胞种类和状态鉴定以及环境应激检测等;其次,根据拉曼信号的分类、拉曼信号检测模式和目标细胞分选策略,对现有的拉曼分选平台及其在细胞表型分选中的应用进行分析总结;最后,对单细胞拉曼光谱技术在合成细胞表型检测与分选面临的问题、潜在解决策略进行了探讨和展望。单细胞拉曼光谱技术不仅为细胞工厂的高通量、全景式表型检测与筛选提供了全新的解决方案,还将推动“单细胞精度的表型组-功能基因组”作为一种新的生物大数据类型,服务于“数据科学”驱动下的合成生物技术。 展开更多
关键词 合成生物学 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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单细胞拉曼光谱测试分选装备研制及应用进展 被引量:2
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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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以单细胞拉曼光谱为基础的细胞乙醇应激
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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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一种基于宏基因组模拟数据的生物标志物筛选方法 被引量:2
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作者 王晓君 滕琳 《江苏农业科学》 北大核心 2016年第5期56-59,共4页
鉴于生物圈中微生物资源的巨大开发潜力以及测序技术不断发展,宏基因组学研究的不断深入,微生物群落已经被看作一个整体来进行分析并且已经得到广泛应用。然而由于微生物的多样性以及微生物菌群的复杂性,使得精确确定和定量宏基因组数... 鉴于生物圈中微生物资源的巨大开发潜力以及测序技术不断发展,宏基因组学研究的不断深入,微生物群落已经被看作一个整体来进行分析并且已经得到广泛应用。然而由于微生物的多样性以及微生物菌群的复杂性,使得精确确定和定量宏基因组数据中的分类单元成为宏基因组数据分析的难点。已有的宏基因组数据标记分析工具无法解决微生物群落预测结果重现的稳健性、准确性以及处理非冗余标记物方面遇到的问题。笔者提出了一个新的基于宏基因组自助抽样(metagenomic bootstrap)的生物标志物选择方法,它结合了mRMR(minimal redundancy maximal relevance)和自助抽样方法(bootstrapping),可以更加稳健、准确而有效地通过对宏基因组数据的挖掘实现非冗余标记物的筛选。基于模拟数据集,通过其与2种自上而下的方法(Metastats、LEf Se)以及自下而上的方法(Wilcoxon秩和检验)进行对比,表明本方法可以在较高准确率的基础上更加稳健地选择更多的非冗余生物标志物。 展开更多
关键词 宏基因组 生物标志物 mRMR 自助抽样法
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微拟球藻Ⅰ型脂酰辅酶A:二脂酰甘油酰基转移酶编码基因NoDGAT1A的功能分析 被引量:1
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作者 辛一 路延笃 徐健 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第10期15-20,共6页
从微拟球藻高产油藻株IMET1的cDNA中,克隆出一个I型脂酰辅酶A:二脂酰甘油酰基转移酶的编码基因NoDGAT1A,该基因共编码437个氨基酸,与拟南芥I型DGAT的氨基酸序列相似度为38%,且含有至少9段高疏水区。随后,NoDGAT1A被转化入营养缺陷型酿... 从微拟球藻高产油藻株IMET1的cDNA中,克隆出一个I型脂酰辅酶A:二脂酰甘油酰基转移酶的编码基因NoDGAT1A,该基因共编码437个氨基酸,与拟南芥I型DGAT的氨基酸序列相似度为38%,且含有至少9段高疏水区。随后,NoDGAT1A被转化入营养缺陷型酿酒酵母三脂酰甘油合成突变株H1246中进行诱导表达。结果表明,在外加二十碳五烯酸(EPA)时,表达No DGAT1A的H1246能够产生三脂酰甘油(TAG),针对其TAG的分析表明,与酵母DGAT相比,表达NoDGAT1A的H1246产生的TAG中含有更多的EPA,说明NoDGAT1A具有更强的合成含EPA的TAG之能力。此外,16:0(63.82%)和18:0(27.98%)是其TAG中主要的脂肪酸链成分,说明NoDGAT1A合成的TAG侧链仍以长链饱和脂肪酸为主。NoDGAT1A对微拟球藻中TAG的合成具有重要作用,也为以微拟球藻为模式的产油微藻TAG和EPA代谢网络提供参考。 展开更多
关键词 微拟球藻 脂酰辅酶A 二脂酰甘油酰基转移酶 三脂酰甘油 二十碳五烯酸
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微拟球藻中潜在C_4循环对不同抑制剂、光质的响应
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作者 魏力 《江苏农业科学》 北大核心 2015年第10期298-302,共5页
为了探讨微拟球藻C3、C4循环在碳固定过程中的角色和功能,通过对其基因组、转录组进行解析,发现微拟球藻IMET1中存在编码磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、苹果酸酶、丙酮酸磷酸双激酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶等C4途径关键酶的基因。分析了关... 为了探讨微拟球藻C3、C4循环在碳固定过程中的角色和功能,通过对其基因组、转录组进行解析,发现微拟球藻IMET1中存在编码磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、苹果酸酶、丙酮酸磷酸双激酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶等C4途径关键酶的基因。分析了关键C4基因的进化,并通过实时荧光定量PCR法检测了微拟球藻在不同光质条件下C4基因(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶)表达量的变化。此外通过使用不同的化学抑制剂检测这些潜在C4基因对其的响应。结果表明,IMET1中存在细菌型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶,在系统同发育关系上,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因都与硅藻、褐藻进化关系很近。在白光、蓝光、红光等非生物胁迫条件下,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的基因表达在蓝光下短期内会显著升高,而后相对表达又下调。在某些胁迫条件下,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、丙酮酸磷酸双激酶酶等活性的升高可能改变了微拟球藻IMET1碳代谢途径的走向,C4代谢途径功能加强。 展开更多
关键词 微拟球藻 C4循环 抑制剂 转录动态
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