读医学网

在世界上有数百万种微生物，但是，绝大多数微生物无法在实验室准备的人工介质上生长，因此，到目前为止只有其中少数被鉴定。人们首先意识到这个问题是在一个世纪前，从环境样品中的直接细菌计数与产生的菌落形成单位（CFUs）数目并不相关，被称为“伟大的平板，计的数太偏”的一个现象，是对环境中微生物实际数量通平板菌落计数之间巨大差异的最好描述。

文献来源：Isolation of Microorganisms Using Sub-Micrometer Constrictions.

问题不仅是，极少菌落生长在平板上，而且当与环境样本的直接单细胞分析相比时，只有少数物种形成菌落。免培养方法，如rRNA基因测序，发现大自然中仍然有巨大数量的未培养微生物物种。因此，微生物世界的巨大复杂性，在很大程度上仍未开发和不被了解。

自那时以来，有很多研究试图克服微生物培养中的这些局限性。一些研究对常规方法进行改进，如改变介质组成（或浓度）、交联剂和培养时间。另一种方法是使用膜结合设备，在微生物的自然环境中孵化微生物细胞。一些研究表明，这种方法可让必要的生长因子从自然生境供应到设备中，从而激活未培养微生物的生长。

由于未开发物种的数量庞大，高通量也是培育方法的一个重要方面。这通常是由生长隔室的小型化实现。一个例子是凝胶微滴技术，可进行高通量培养，也可用于高通量筛选。在这方面，微密加工技术具有彻底改革微生物培养的卓越潜力。其中一个例子是，小型化培养芯片，在一个单一设备上有一百万个微观尺度的生长隔室。

尽管已经取得了这些进步，对于增加培养物种的数量而言，培养技术的进一步创新仍然是至关重要的。这些进展将阐明许多疾病的潜在因素，带来新药的开发，揭示微生物世界缺失的碎片。

从广义上讲，微生物纯培养主要需要以下三个步骤：①从其他微生物细胞中分离个体细胞，②将单个细胞接种到培养基上，③孵育，让细胞增殖，随后进行生物检测和收集。最近，美国东北大学的工程师Edgar Goluch和生物学家Slava Epstein，开发出一种微型和纳米制备的设备，可让上述三个步骤自动执行。用来从物种混合物中捕获单个细菌细胞，产生这些细胞的纯培养。

Goluch以前的研究装置包含渗透膜，可让游离的细菌暴露于它们自己环境中的营养物质和分子。但是，由于物种之间存在自然竞争（即使在野外），到目前为止，用这些方法和传统的实验室装置，生物学家也只能分离有限数量的细菌物种。

在2014年7月1日《PLOS ONE》发表的论文中，Goluch和Epstein详细描述了这一新装置。这种新的装置允许仅仅一个细菌细胞进入包含食物来源的一个内室，而唯一的通路是一个仅略小于单细胞的微小通道。通道太小，所以第一个进入的细胞被卡住，阻止其他细胞或物种的进入。养料室的收缩尺寸和营养成分可以有所变化，以增加捕获细胞的多样性，或者优化特定性状物种的分离。虽然一些技术已经合并微型/纳米技术和微生物学，来控制单个细胞，但是这一新设备的主要目的是，其在将来环境样品中的应用是独特的。这些结果，对于制备一种新设备用于分离和培养细菌物种，是关键的第一步。