PM高通量微生物代谢表型芯片系统
- ：PM
：美国Biolog
：PM可用来测定微生物细胞的表型，是与DNA芯片和蛋白质组技术并列的、应用在基因组研究和药物开发的三大技术之一。PM技术可以迅速、简单、准确、高效的以同一标准模式同时测试几千种细胞代谢表型。通过对活体细胞进行测试，可以检测细胞基因变化、用药甚至环境变化后 所引起的细胞代谢表型的变化情况。该技术是分子方法（如：DNA芯片和蛋白质组等方法）非常有力的支持和补充 手段，在其强大软件的支持下能迅速、准确的获得很多非常有用的信息。同时为下一步更加深入的研究指明方向，同时提供强大的数据支持。
技术原理：
PM原理
PM系统在96孔微孔板(PM平板)的每个孔里固定不同的干化细胞培养基质,当加入细胞悬液和显色物质并培养后,细胞表型就可以通过颜色变化表现出来.如果细胞发生呼吸代谢,那么显色剂就从无色的氧化态被还原为紫色的还原态,表型反应为阳性;如果无颜色变化,则表型反应为阴性。微孔板的培养及数据的获取由0mnilog系统自动完成,系统可定时自动测定颜色变化值,最后得到表型反应的动力学曲线,从而定量测定表型反应的强弱。样品的动力学曲线(显示为绿色)及对照的动力学曲线(显示为红色)通过系统中软件的数据计算.处理后叠加在一起。有相同动力学曲线的重叠区域被标记为黄色,而有差异的表型部分则很明显的显示出来(红色/绿色)。
各种不同的PM平板上包被了多种活体细胞生长需要依赖的基质,因此可以进行不同生长条件下的测试。包括有C.N.P.5.渗适压.PH值、化学药物等基质条件下细的表型的测试,目前PM表型板25块,测试的表型达到了2400种,已经可以用于革兰氏阴性细菌,阳性细菌、酵母和丝状真菌细胞表型的研究。
PM软件
PM系统包含两张软件光盘，包含的软件如下:
CD1:Data Collection数据收集软件
CD2:Data Fileconverter数据转换软件,File management/KineticAnalysis动力学分析软件，
Parametric Analysis菌株表型对比软件
强大的第三方分析工具
OPM是一个基于R语言环境的统计学软件包,用于PM数据分析,提供了优化和分析动力学曲线,聚合曲线参数,记录样品和实验设置的相关元数据以及用图形和统计方法分析高度复杂的数据集等工具。该软件包还包括95%的置信度图,增强的热图图形以及用于比较动力学曲线的定制多重比较,还可以将数据和KEGG数据库结合分析代谢路径等。
DuctApe是一个用python编写的数据分析软件,可帮助生物信息学家分析基因组和表型实验数据.该软件将基因组信息(编码为KEGG代谢路径)与表型微阵列(Phenomic Microarrays)的结果相结合,并突出显示可能导致表型变异的基因。
应用举例
一,基因功能研究
确定功能基因组的功能
发现编码特定靶标的基因细胞系改进
细胞表型稳定性测试(基因稳定性)
二、发酵条件优化及代谢调控研究
发酵条件优化:PM技术可用于微生物发酵条件优化,例如用PM1-10,在2天内可获得约1000个代谢信息,对这些信息进行分析后,可获得最有用的几十个对细胞培养有利的底物信息,进一步优化后可以快速确定细胞的最佳培养条件。
代谢调控因子研究:通过将实验组(细胞+调控因子)与对照组(细胞,不含调控因子)接种在同一种PM板上,培养数天后,可以获得大量的信息,通过软件对比,可以快速找到调控因子对代谢的影响。
优化孢子萌发的条件、孢子形成条件研究:在真菌研究和应用领域,孢子的萌发和形成是经典的研究方向。将PM技术与传统的真菌形态学观察相结合,可以快速找到影响孢子萌发和形成的因素。
优化二级代谢产物生成条件:如抗生素,细菌、真菌毒素的产生,将PM技术与抑菌圈法、色谱法,直观颜色判断法或活细胞测试等相结合,通过快速确定培养后PM板每个微孔中的苗液是否含有相应的刺激代谢产物。
发现有用的酶活性:将PM技术与其它酶活快速筛选或生物信息学方法结合,可对培养后的PM板的每个微反应体系进行快速初筛,以判断某种底物是否对产生特定酶有用。
三.菌株(不同处理,环境)间代谢信息的比较与分析
通过分子生物学手段往往无法区分同种微生物的不同菌株,更无法对相同菌株在不同环境下的特性进行对比分析,而PM系统则可快速锁定其代谢差异,为后期进一步的研究指明方向并提供相应数据。特别适合微生物代谢、致病机理研究以及进行流行病学分析。
四,流行病学分析
五.其他应用
PM系统除了常用与细菌.真菌等微生物的表型测试研究外,还可用于立克次氏体、噬菌体等不易培养的微生物的表型测试。此平台具有广泛的可扩展的潜力,可用于测试几乎所有种类微生物的表型,甚至还能用于小球藻等单细胞生物的研究。
