La culturomica microbiana tiene amplias aplicaciones en la investigación de microbios beneficiosos en la industria alimentaria, la diversidad de microbios ambientales, la detección de nuevos compuestos antimicrobianos y el microbioma humano en relación con enfermedades 1,2,3,4. Los métodos tradicionales, basados principalmente en placas sólidas, placas de pocillos o microrreactores para obtener y seleccionar colonias monoclonales, son fáciles de operar, pero sufren de un bajo rendimiento debido a sus múltiples pasos. Esta limitación dificulta aplicaciones como el cribado de mutagénesis microbiana, los estudios de culturomica microbiana y la selección de colonias de alta producción, todo lo cual requiere un cribado monoclonal extenso.
Recientemente, se han diseñado varios dispositivos de detección y dispensación de una sola célula para mejorar significativamente la velocidad de procesamiento de muestras microbianas, al tiempo que se reduce la mano de obra y se minimizan los errores de manipulación manual5. Sin embargo, estos instrumentos generalmente abordan solo pasos específicos dentro de los métodos tradicionales, a menudo requieren una amplia integración de equipos, ocupan un espacio significativo e incurren en altos costos. Por lo tanto, existía una necesidad apremiante de desarrollar una plataforma de cribado y cultivo microbiano de bajo costo y aplicación universal para compensar las deficiencias mencionadas anteriormente.
En nuestro trabajo anterior, desarrollamos con éxito una plataforma de cribado automatizada y de alto rendimiento, conocida como Single-cell Microliter-droplet Culture Omics System (MISS cell, en lo sucesivo denominado "el sistema Omics")6. Esta plataforma utiliza la tecnología microfluídica de gotas, que promete lograr la automatización y la integración en el aislamiento, el cultivo y la recolección microbiana 7,8,9,10. El sistema Omics consta de varios módulos clave, incluido un módulo de muestreo, un chip microfluídico, un sistema de detección y recolección de gotas, lo que permite el aislamiento, el cultivo, el cribado monoclonal y la recolección eficientes en la investigación microbiológica. Ya hemos utilizado el sistema Omics para lograr el cribado de mutagénesis de alto rendimiento de Corynebacterium glutamicum6.
Debido a la automatización y las capacidades de cribado de alto rendimiento del sistema Ómicas, se espera que su aplicación a la culturomica microbiana obtenga rápidamente una gran cantidad de datos microbianos. En este protocolo, presentamos el procedimiento operativo detallado de la célula MISS, con el aislamiento y cultivo de la microbiota intestinal humana como ejemplo para demostrar el proceso de aislamiento, cultivo, detección monoclonal y cribado microbiano de una sola célula. El funcionamiento del sistema Omics es sencillo, y los investigadores sólo tienen que seguir las instrucciones del software para la instalación secuencial de los microtubos y el chip microfluídico de generación de gotas, la configuración de los parámetros y la preparación de las muestras.
En la interfaz de operación del software, el sistema Omics se divide en tres funciones principales: aislamiento, cultivo y cribado. Los investigadores pueden seleccionar diferentes etapas de acuerdo con el experimento. Además, durante la etapa de detección de gotas, los investigadores pueden elegir entre dos modos de detección: señal fluorescente o densidad óptica. El software proporciona visualización en tiempo real del proceso de cribado de gotas. Por último, los investigadores tienen la flexibilidad de configurar parámetros como las condiciones de cultivo, la longitud de onda detectada y el número de pozos de recolección en función de sus demandas experimentales específicas, y pueden pausar el instrumento en cualquier momento para realizar otras operaciones. La célula MISS es una plataforma de cribado monoclonal de alto rendimiento y respetuosa con los microbios, con un funcionamiento sencillo y un consumo mínimo de reactivos.