腸道菌群研究新利器：自動化篩選如何突破厭氧菌培養瓶頸？

腸道微生物組被學界視為人體內最具多樣性的功能生態系統之一。從消化代謝到免疫調節，乃至神經系統健康，這群肉眼不可見的微小生命在維持機體健康中扮演著不容忽視的角色。也正因如此，腸道菌群被視為極具潛力的治療資源寶庫，正受到越來越多的關注。

但研究者們始終面臨一個略顯尷尬的現實：超過60%的腸道菌群至今仍難以通過常規手段實現培養、分離與高通量篩選。這背后的原因在于，多數共生菌對氧氣極為敏感，全程須在厭氧條件下操作。而傳統菌落挑取依賴人工，操作繁瑣、通量有限、易受人為差異影響，很難兼顧效率與可重復性。

針對這一系列痛點，自動化技術正在提供一條新的解決路徑。

以美谷分子QPix FLEX自動化微生物工作站為例，該系統將自動鋪板、高分辨率菌落成像、自動挑菌、液體培養轉移及MALDI-TOF質譜鑒定聯動整合于一體，且整套流程可在厭氧環境下閉環運行。

在近期腸道微生物組研究應用中，QPix FLEX實現了稀有共生菌及新型菌落形態（morphotypes）的成功回收。

更早發現目標菌落

傳統人工方式往往需要等待菌落生長至第 3–4 天才足以穩定識別和挑取。而借助高分辨率成像與菌落大小、形態、邊緣、對比度、強度等多參數分析，QPix FLEX在培養第2天即可完成篩選。

厭氧培養后，糞便樣本在血平板上生長形成菌落（右圖）。軟件識別出可供挑取的離散克隆（左圖標注）。

對于像糞便樣本血平板這類對比度偏低、且有氣泡等表面偽影的復雜培養體系，軟件識別相較肉眼判斷具有明顯優勢，有效避免了因人工誤判而錯失早期可挑取克隆。

獲得更具代表性的菌株

人工挑菌往往傾向于選擇直徑較大、形態規整的菌落，尺寸偏小或生長緩慢的菌株容易被忽略，最終獲得的菌株在多樣性和代表性上難免打折扣。

在改良MRS培養基上培養的菌落，基于直徑參數被劃分為8個組別，每個組別對應特定的尺寸范圍。

在實際應用中，研究人員基于QPix FLEX成像所得的直徑參數，將菌落劃分為8個組別，系統隨后從每個組別中按照自動化篩選標準挑取12個菌落，確保在整個直徑分布范圍內均能夠獲得具有代表性的菌株。

挑取的菌株準確可靠

自動化挑取的菌株是否準確，是使用者普遍關心的問題。

MALDI-TOF質譜結果與目標菌株預期特征譜高度一致。

質譜鑒定結果顯示，QPix FLEX在厭氧條件下分離獲得的菌株，其蛋白指紋圖譜與目標菌株的預期特征譜高度一致。這一結果表明，自動化挑菌流程在菌株識別的準確性上能夠達到與預期相符的水平，同時該系統的操作流程也可兼容后續菌株鑒定與分析流程。

糞便來源細菌厭氧培養工作流程對比

從整個工作流程來看，QPix FLEX將傳統耗時數日、手工程度極高的厭氧菌篩選流程大幅壓縮，實驗通量提升一倍，操作負擔顯著降低。

借助自動化手段，研究者得以從繁瑣的人工挑菌環節中抽身，將更多精力投入到菌株功能層面的深入分析中，無論是抗炎活性篩選、代謝通路解析，還是活體生物治療制劑的開發，QPix FLEX自動化微生物工作站都為后續研究提供了更可靠的材料基礎和更高效的技術支撐。