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杭州大微：厭氧微需氧微生物培養工具進展
閱讀：929 發布時間：2022-8-268月18日至19日，第十三屆全國微生物資源學術研討會在湖北武漢順利召開。杭州大微生物技術有限公司張帆總經理作為會議嘉賓受邀參加。作為國內專業的厭氧菌/微需氧菌培養、檢測整體解決方案的供應商，杭州大微生物的張帆總經理圍繞厭氧菌/微需氧菌培養工具的發展歷程和公司核心產品在微生物培養組學領域中的多重應用，進行了標題為《厭氧微需氧微生物培養工具進展》的主題演講。
在研討會演講過程中，張帆總經理首先從厭氧/微需氧微生物的發現與歷史、研究的重要性和難點、檢測及培養手段的發展歷程等方面進行了精彩的介紹。
根據微生物對氧氣的利用和耐受程度的不同，科學家將它們分為好氧、微需氧、嚴格厭氧、兼性厭氧和耐氧微生物。
19世紀60年代，法國科學家路易斯·巴斯德開啟了厭氧微生物學研究。他根據微生物是否可以在有氧條件下生長，將微生物劃分為好氧和厭氧微生物，并于1877年分離出了第一個致病性厭氧菌,從此拉開了厭氧微生物研究的序幕。
在當時,巴斯德研究厭氧菌的過程中，使用了很多方法去分離、培養厭氧菌，他曾采用燭缸法、煮沸法以及抽氣法來制造出厭氧環境，都成為主流的厭氧操作技術。但這些方法受制于當時的技術發展，并不能生成嚴格的厭氧環境。
除此以外，在厭氧培養的時候，還需采用深層瓊脂/液體培養基進行培養，并結合液封或者橡膠塞、密封罐等方式密封。這些方法沿用至今，但它們難以真正隔絕氧氣，而且在挑取深層單菌落的過程中也容易被污染。
在過去，人們認為巴斯德點（氧分壓達到當前大氣氧分壓水平的1%，大約94μmol/L）是好氧和厭氧微生物生長的分界點，然而這一論點由于脆弱擬桿菌的發現被迭代，由于脆弱擬桿菌需要利用nmol/L級的氧氣生長，因此這對厭氧培養工具提出了更嚴格的要求。
與此同時，美國微生物學家Robert E. Hungate在1944年對牛瘤胃中纖維素降解微生物進行研究時，他所提出的滾管法成功培養了纖維梭菌。經過不斷完善，該方法已成為厭氧微生物分離培養的經典方法。
滾管培養法的核心步驟分為三步：高純無氧、接種&密封、滾管培養。
20世紀70年代，第一個商品化厭氧產氣袋在日本誕生，其基本原理是將密閉空間中的氧氣*或者部分吸收，同時產生二氧化碳。產氣袋操作簡便、應用范圍廣，高效經濟且針對性強，直至今天仍然是很多實驗室入門級的研究工具。
1975年，英國Electrotek（依萊泰科）制造了第一臺厭氧手套箱，這是迄今為止*的厭氧菌培養的最佳儀器之一，在分離接種環節能提供厭氧保護，并通過內置方式提供相對精確的溫控系統，以實現微生物培養；同時在培養過程中，透過玻璃可直接觀察微生物生長情況并集合其配套的手套可及時進行二次分純。
20世紀80年代，基于Maclntosh和Flides氣體替換法的厭氧培養系統在歐洲誕生，主要原理是采用氣體抽排置換方法來制造培養氣體環境。
直到2003年，荷蘭Anoxomat公司推出MARK品牌厭氧培養系統。2008年，杭州大微將這項技術實現國產化，并結合市場需求開發出第一代的DW 100A-K智能厭氧微生物培養系統，并在之后的技術發展和需求更迭的過程中不斷更新完善。
當前，全新一代DW 100A-K智能厭氧微生物培養系統主要的特點為智能控氣與智能密封。空氣與無氧混合氣的交互置換僅通過一根氣管進行，從而達到嚴格的氣體密封環境。同時通過每次實驗前對密封罐體漏氣點的自動檢測確保密封性，實現對系統的精確質控，保證實驗結果的準確性。
受益于培養系統的腔體大小，培養系統里的厭氧環境生成速度與手套箱相比明顯加快，避免了厭氧微生物樣品長時間暴露在相對較高濃度的氧氣環境，以達到保護微生物資源的目的。
DW 100A-K智能厭氧微生物培養系統操作簡單，通過菜單選擇目標氧氣濃度，一鍵啟動，全程自動化；當我們在做腸道菌群研究時需模擬腸道環境，在無法知曉微生物最佳培養條件下，可利用儀器設置不同培養環境，平行對比培養結果。
系統使用時，僅需把培養物放入罐體，將密封罐體與主機相連（主機連接無氧氣的混合氣瓶），通過在菜單上選擇厭氧或特定氧氣濃度，選擇完畢之后一鍵確認啟動，系統即可自動完成抽真空、壓力控制、氧氣濃度控制、密封性測試等一系列操作，4min即可達到厭氧環境，2min即可達到微需氧環境。隨后機器自動提示，此時可將罐體與機器脫離，并將培養罐放入恒溫箱內培養。
DW 100A-K智能厭氧微生物培養系統培養罐體規格多樣，從放置6皿到40皿所需的培養罐均有配置，可同時實現不同樣本類型、不同溫度、不同環境的同時培養。
目前，DW-100A-K智能厭氧微生物培養系統在多個領域得到應用，適用于各類厭氧微生物培養、致病菌風險監測、益生菌培養研究、微生物培養組學等諸多領域，并已得到應用驗證。
2020年，中國海關科學技術研究中心對DW-100A-K智能厭氧微生物培養系統效果進行驗證，結果顯示：該系統操作簡便，培養效果良好，運行成本低，無耗材。
在專題演講的最后，張帆總經理引用了2019年Nature Reviews Microbiology中一篇文章，文中提到地球上超過70%的微生物分布在陸地和海洋深部缺氧沉積物中，這表明地球上的微生物仍然以厭氧微生物為主。因此，DW-100A-K智能厭氧微生物培養系統也將持續成為厭氧微生物培養的重要手段和工具。
作為先進的微生物檢測儀器制造商，杭州大微接下來將在兩個方面推進在厭氧微生物領域的研究：
一是針對各種厭氧菌基于MALDI-TOF平臺制備厭氧微生物數據庫，屆時杭州大微將與伙伴實驗室展開合作，建立共享機制，提升在培養組學中微生物蛋白圖譜的數據累積；
二是對傳統厭氧手套箱進行改造，在內放置酶標板，實現厭氧環境下高通量96孔板或384孔板的培養，以提升微生物分離率；同時在現有基礎上嘗試將流式細胞儀放入專用厭氧手套箱。
讓未培養微生物可分離培養，是我們共同的長期目標。
厭氧微生物的世界，杭州大微期待與您一起探索！