单细胞异质性研究如火如荼，但原核生物研究却是个“坎”。

现有常规的原核生物研究，都集中于单菌群落或微生态大群体，只能从宏观角度研究群体状态，而经典的单细胞RNA测序技术无法应用于细菌。

单细胞技术应用于原核生物的几点障碍：

在微生物研究领域，破解原核生物的单菌转录表达，在农业、环境、人体及医学等多个领域都具有非凡意义，也是近年来微生物科研工作者翘首关注的热点和难点。

解决这一科研难题，凌恩生物特推出王炸新技术——微生物单细菌转录组测序——根据其适用样本类型，分为单菌种单细菌转录组产品与肠道菌群单细菌转录组产品，可以实现纯培养细菌与肠道微生物组的高通量单细菌检测，为原核生物组学研究提供独到的单菌水平视角。      

图  单细菌转录组测序原理及流程示意图

基于该项新技术，已完成多种单菌微生物和肠道菌群的单细菌转录组研究：  

肺炎克雷伯菌	肺炎链球菌
副溶血弧菌	大肠杆菌
金黄色葡萄球菌	离中不粘柄菌
粘质沙雷菌	鲍曼不动杆菌
肺炎双球菌	沙门氏菌
铜绿假单胞菌	人肠道-粪便菌群

下面我们一起来看看，这两款产品的实测数据如何：

一、单菌种单细菌转录组实测数据

1.细胞数&基因数

单菌种单细菌转录组产品已经过逾千例样本验证，可捕获1,000-20,000个细菌。

某微生物样本基因中位值

2.双胞率、多胞率

使用单菌种单细菌转录组产品进行双菌混合实验，检测到3,446个鲍曼不动杆菌（56.01%），2,688个大肠杆菌（43.69%），双胞率为0.29%。此外，我们还进行三菌混合（鲍曼不动杆菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌）及五菌混合（鲍曼不动杆菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌）实验，细菌捕获总数均达到5,000以上，多胞率分别为0.18%、2.29%，凌恩生物-M20单细菌转录组产品是目前唯一可通过混合微生物（≥3）多胞率检测的技术平台。  

双胞率

多菌混合测试UMAP图

3.技术稳定性

对同一大肠杆菌培养样本进行2次技术重复实验，显示单菌种单细菌转录组产品2次独立实验数据重复性良好。

二、肠道菌群单细菌转录组实测数据

我们用人体肠道菌群（粪便）样本进行了实测，结果显示出优异的性能，并可用于揭示人体肠道微生物组的功能变化。

1.基础性能优越

在捕获细胞数为10000的人体肠道菌群样本中，该产品本次实测得到的中值UMI数为473，中值基因数为147，和其它文献中培养单菌的单细菌转录组的较高水平相当[1-3]。

人体肠道微生物组样本UMI数（左）及基因数（右）小提琴图

同时，在样本中共鉴定得到67个不同的肠道细菌物种，其中既有普雷沃氏菌属和毛螺菌属等已知肠道核心菌属的物种，也包括Neobittarella massillensis等近年来新发现的人类肠道菌种。

样本的物种组成（丰度排名第十之后的物种均标注为白色）

2.揭示健康人肠道菌群功能变化

      为了进一步评估该产品在人体肠道菌群研究中的应用，我们采集了同一位健康人一天中上午9时和下午18时的肠道菌群样本，对比了两个样本中高丰度菌种的变化。

实验结果表明，和9时相比，Megamonas funiformis、Prevotellamassilia timonensis、Prevotella hominis等物种的丰度在18时略低，而Prevotella copri_A和Prevotella sp900557255在18时更高。

同一位健康人9时（左）与18时（右）肠道菌群物种组成对比（仅展示丰度>1%的物种）

为了探究肠道菌群组成背后的功能机制，选取了丰度最高的细菌——Megamonas funiformis进行了进一步的亚群细分。

Megamonas funiformis于2008年从日本受试者肠道菌群中分离鉴定[4]，后来又在其他国家人种中发现，是亚洲人肠道菌群中的常见菌种，和营养代谢密切相关[5]。UMAP显示，两个测试样本中所有的Megamonas funiformis共分为3个不同的亚群（左）。其中，亚群1在两个样本中均有较多细胞，而亚群0在9时的样本中更为富集（右红色箭头），亚群2仅在18时样本中出现（右蓝色箭头）。

Megamonas funiformis亚群细分

差异基因分析结果显示，在18时样本中特有的亚群2高表达一系列与碳水化合物及蛋白质代谢和转运相关的基因，说明Megamonas funiformis在不同时间点的变化可能与样本提供者的饮食节律及营养代谢有关。

Megamonas funiformis 3个亚群的差异基因表达热图（为保护用户未发表数据，在此隐去具体基因名称）

结语

综上，这套微生物单细菌转录组检测技术产品，可以实现对单菌种细菌耐药性的研究以及时序性分析研究，并可以对肠道微生态的单菌转录组、菌群-宿主关系等开展解析研究。如您有相关检测需求，欢迎联系我们，期待您的咨询！

技术提供者：M20简介

M20 Genomics成立于2021年2月，是一家专注于单细胞及相关技术开发的生命科技公司。公司自主研发全球首个基于随机引物的全样本高通量单细胞测序技术M20 Seq和相关产品VITA系列，以及全样本空间全转录组技术M20 Spatial和相关产品NATA系列，突破性地实现了全样本类型、全物种和全长RNA的（超）高通量单细胞转录组测序和空间转录组测序。M20立志打破壁垒，找到前行的力量，探索生命的本源，以新一代单细胞及空间测序技术引领生命科技的发展。

凌恩生物技术团队历经10余年经验积累和项目沉淀，在多方向研究领域积累丰富，尤其在微生物及微生态研究领域深耕多年，此次联手M20 Genomics，旨在发挥各自优势，为微生物研究工作者提供最前沿的单细胞研究技术，充分满足原核生物组学研究实际所需，推动微生物单细胞转录组研究蓬勃发展。

参考文献

1. Blattman, S.B., et al. Prokaryotic single-cell RNA sequencing by in situ combinatorial indexing.  Nat Microbiol. 2020; 5(10): 1192-1201.

2. Kuchina, A., et al. Microbial single-cell RNA sequencing by split-pool barcoding. Science. 2021; 371(6531): eaba5257.

3. Ma P, et al. Bacterial droplet-based single-cell RNA-seq reveals antibiotic-associated heterogeneous cellular states. Cell. 2023; 186(4): 877-891.

4. Sakon H, et al. Sutterella parvirubra sp. nov. and Megamonas funiformis sp. nov., isolated from human faeces. Int J Syst Evol Microbiol. 2008; 58(Pt 4): 970-975.

5. Lee, G, et al. Distinct signatures of gut microbiome and metabolites associated with significant fibrosis in non-obese NAFLD. Nat Commun. 2020; 11: 4982.