照亮未知 | PIXL如何解锁微生物世界的“暗物质”

超越宏基因组学/

未培养微生物组被称为微生物世界的“暗物质”，在人类肠道、厌氧土壤、极端环境等自然生态系统中占比超90%，因难以通过传统实验室培养技术分离，在医学、生态、工业领域的巨大潜力长期未被挖掘，而研究受阻的核心瓶颈的在于：氧敏感菌株易失活、人工分离效率低下、原生微环境难以复刻。

由英国Singer Instruments公司研发的PIXL高通量自动化菌落挑选工作站，正成为突破这一困境的变革性工具。不同于仅能捕获基因片段的宏基因组学等“免培养技术”，PIXL填补了“检测”与“分离”的空白，可直接获取具有活性的未培养微生物，支持后续功能研究，澳大利亚人类微生物组生物样本库（AHMB）明确表示，PIXL是实现样本快速处理、获取微生物完整元数据的“必备工具”。

突破培养瓶颈/

超高通量高效捕获稀有菌株

人工挑选菌落每天仅能分离数百个菌株，易遗漏低丰度稀有物种，而PIXL每小时可挑取1000个菌落，准确率达99.8%。

这一效率对AHMB（“澳洲人类微生物组生物库）至关重要：该样本库2024年6月启动样本采集，依托PIXL实现“样本采集后5分钟内启动处理”，目前已保存1.25万个微生物菌株（涵盖肠道、皮肤、口腔、阴道来源），其中48.93%为未在公共数据库登记的新物种，大幅丰富了人类微生物组研究资源。

环境适配守护敏感菌株活性

肠道厌氧菌、深海细菌等未培养微生物对氧气、温度极为敏感，PIXL可集成至37℃恒温、氧浓度低于5ppm的厌氧箱中，且无需更换针头或清洗循环（避免破坏厌氧环境），能在高度受控环境下稳定挑取多种微生物。

PIXL可以支持定制厌氧外罩，不仅满足高通量需求，还可提供稳定的厌氧环境。

精准检测：无偏差分离隐形菌落

未培养微生物常形成无色、暗淡菌落，肉眼难以识别，PIXL整合荧光检测、颜色识别、阻抗分析技术，可精准识别隐形菌落。

在AHMB流程中，样本经稀释后通过流式细胞荧光分选技术划分为96点阵列，培养后由PIXL精准挑取至96孔板；再次培养至目标OD值后，于-80℃冷冻保藏，有效避免了生长缓慢、形态不明显菌株的遗漏。

应用价值/

人类微生物组探索

人类微生物组中60%-80%的菌种（尤其肠道微生物）因难培养未被认知。AHMB依托PIXL发现大量新菌株，这些-80℃保藏的菌株，为益生菌研发、微生物组相关疾病（如艰难梭菌感染）治疗、诊断标志物筛选提供了核心资源。

工业微生物工程

在酿造、发酵领域，PIXL（搭配厌氧工作站）可分离影响风味的未培养窖泥微生物，助力构建微生物库、编辑功能基因，打造优化的“微生物细胞工厂”，突破传统筛选易遗漏关键菌种的局限。

环境微生物研究

针对深海沉积物、热泉等极端环境样本，PIXL的快速处理能力可保护压力/温度敏感菌株，结合定制培养基模拟原生环境，为发现耐热消化酶、污染物降解蛋白等工业用极端酶提供新路径。

未来展望：拓展培养边界/

PIXL 的技术迭代将持续引领未培养微生物研究的前沿。在硬件层面，集成的荧光检测与阻抗分析系统将进一步升级，结合 AI 算法的深度优化，实现对菌落形态、代谢活性的毫秒级动态监测，即使是生长速率极低、代谢信号微弱的稀有菌株也无所遁形。

对于全球微生物组研究机构而言，PIXL 的技术进化意味着更高效、更精准的科研路径，它不仅是连接微生物“暗物质” 与现实应用的桥梁，更是开启微生物功能基因组学新时代的密钥。未来，随着技术壁垒的不断突破，PIXL 必将助力科研人员破解更多生命密码，让未培养微生物组的无限潜力，转化为推动医学革新、工业升级与生态保护的核心动能。