A cultura microbiana tem amplas aplicações na pesquisa de micróbios benéficos na indústria alimentícia, na diversidade de micróbios ambientais, na triagem de novos compostos antimicrobianos e no microbioma humano em relação a doenças 1,2,3,4. Os métodos tradicionais, baseados principalmente em placas sólidas, placas de poços ou microrreatores para obter e escolher colônias monoclonais, são fáceis de operar, mas sofrem de baixo rendimento devido às suas múltiplas etapas. Essa limitação dificulta aplicações como triagem de mutagênese microbiana, estudos de culturômica microbiana e seleção de colônias de alta produção, todas as quais requerem triagem monoclonal extensa.
Recentemente, vários dispositivos de detecção e distribuição de célula única foram projetados para aumentar significativamente a velocidade de processamento de amostras microbianas, reduzindo o trabalho e minimizando os erros do manuseio manual5. No entanto, esses instrumentos geralmente abordam apenas etapas específicas dentro dos métodos tradicionais, muitas vezes exigindo ampla integração de equipamentos, ocupando espaço significativo e incorrendo em altos custos. Portanto, havia uma necessidade premente de desenvolver uma plataforma de cultura e triagem microbiana de baixo custo e universalmente aplicável para compensar as deficiências mencionadas acima.
Em nosso trabalho anterior, desenvolvemos com sucesso uma plataforma de triagem automatizada e de alto rendimento, conhecida como Sistema Ômico de Cultura de Microlitros de Célula Única (célula MISS, doravante denominada "sistema Omics")6. Esta plataforma utiliza a tecnologia microfluídica de gotículas, que promete alcançar automação e integração no isolamento microbiano, cultivo e colheita 7,8,9,10. O sistema Omics compreende vários módulos principais, incluindo um módulo de amostragem, chip microfluídico, sistema de detecção e coleta de gotículas, permitindo isolamento eficiente de uma única célula, cultivo, triagem monoclonal e coleta em pesquisa microbiológica. Já utilizamos o sistema Omics para obter a triagem de mutagênese de alto rendimento de Corynebacterium glutamicum6.
Devido aos recursos de automação e triagem de alto rendimento do sistema Omics, espera-se que aplicá-lo à cultura microbiana obtenha rapidamente uma grande quantidade de dados microbianos. Neste protocolo, introduzimos o procedimento operacional detalhado da célula MISS, com o isolamento e cultivo da microbiota intestinal humana como exemplo para demonstrar o processo de isolamento microbiano de uma única célula, cultivo, detecção monoclonal e triagem. A operação do sistema Omics é simples e os pesquisadores só precisam seguir a direção do software para instalação sequencial de microtubos e chip microfluídico de geração de gotículas, configurações de parâmetros e preparação de amostras.
Na interface de operação do software, o sistema Omics é dividido em três funções principais - isolamento, cultivo e triagem. Os pesquisadores podem selecionar diferentes estágios de acordo com o experimento. Além disso, durante o estágio de triagem de gotículas, os pesquisadores podem escolher entre dois modos de detecção: sinal fluorescente ou densidade óptica. O software fornece visualização em tempo real do processo de triagem de gotículas. Por fim, os pesquisadores têm a flexibilidade de configurar parâmetros como condições de cultura, comprimento de onda detectado e número de poços de coleta com base em suas demandas experimentais específicas, e podem pausar o instrumento a qualquer momento para realizar outras operações. A célula MISS é uma plataforma de triagem monoclonal de alto rendimento e amigável a micróbios, com operação simples e consumo mínimo de reagente.