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看一眼细胞内部的"代谢现场",需要几步?

2026.07.01

如果给一群微生物做"人口普查",今天的技术已经相当成熟——测序告诉您这群细胞里"谁在场",丰度、物种、基因组成,这些信息几乎唾手可得。

但如果问一个更难的问题:"这些细胞此刻在干什么?谁在分解,谁在合成,谁在积累脂质,谁在应对压力?"

传统手段就开始力不从心了。

基因组能预测一个细胞"有能力做什么",却很难告诉您它"正在做什么"。在一个真实的微生物群落里,同一个物种的不同个体,代谢状态可能天差地别;而决定一个群落功能的,往往恰恰是这些被平均化、被忽略的个体差异。

这就是"原位代谢"长期以来的认知缺口:我们能看清群落的"户口本",却看不清每一个细胞此刻的"工作状态"。

单细胞原位代谢图谱(in-situ Metabolic Atlas Projects @ Single-cell,iMAPS)国际科学计划正在做的,正是把这个缺口补上。

不靠标记,直接"听"细胞在说什么

iMAPS的核心方法叫做元拉曼组(metaramanomics)技术。它的关键能力是:不需要给细胞做任何荧光标记或基因改造,直接用单细胞拉曼光谱,捕捉细胞内部生化分子的振动信号。

可以把它想象成给每个细胞做一次"无创扫描":脂质、蛋白、核酸、代谢产物,每一种分子的振动方式不同,留下的光谱"指纹"也不同。把成千上万个细胞的光谱拼在一起,就能在单细胞分辨率上,同时读出一个微生物群落里"谁在场、谁活跃、谁是活菌资源、为什么忙、什么时候忙、在哪忙"——iMAPS团队把这套信息维度概括为"6W"(Who / What / Wealth / Why / When / Where)。

光谱读出来之后,下一步是要让这些信息真正可用。iMAPS围绕这套流程搭建了几项关键技术模块:

FlowRACS,让拉曼检测和流式分选结合起来,实现高通量的单细胞功能分选——找到正在执行某种代谢功能的细胞,并把它实时分离出来。

RAMS/RACS-Seq,面向单细胞拉曼测量和后续更精细的单细胞分选分析场景,支撑代谢表型的精确刻画与后续的单细胞测序/培养。

DCP,把分选结果和后续批量化培养工作流连接起来,让"挑出感兴趣的细胞"到"拿到这个细胞"之间的路径大幅缩短。

简单说,这套技术链条做的事情是:先在不破坏样本的前提下"看懂"每个细胞正在做什么,再把符合目标功能的细胞精准挑出来,送进下游的培养或测序流程。从"观察"到"获取",一气呵成。

为什么这件事值得关注

微生物组研究这些年积累了海量的测序数据,但一个普遍的现实是:知道"有什么基因",离知道"这个功能在真实环境里如何发生",中间还有很长的路。iMAPS提供的,正是这条路上一个关键的观测和分选能力——把研究从"预测功能"向"捕捉功能正在发生的瞬间"推进了一步。

这种能力的应用想象空间相当广阔:在微生物组研究里,它可以帮助定位真正活跃的功能菌株,而不是依赖丰度排序的间接推断;在合成生物学和生物制造领域,它可以从复杂群落或工程菌群中,直接挑出代谢表现最优的单细胞,缩短菌株筛选的周期;在精准医疗和肠道菌群研究中,它为理解菌群代谢状态与宿主健康的关联提供了新的分辨率。

这也是为什么,越来越多的研究机构选择把这套方法纳入自己的工具箱。

一场为青年学者搭建的"近距离实操"

依托这套技术体系,2026年夏天,iMAPS暑期学校将在青岛—北京/雄安—上海举办。

这不是一场单纯"听讲座"的活动。课程设计遵循理论与实操并行推进的节奏:开幕当天完成对iMAPS技术体系的整体介绍和拉曼光谱基础理论讲解;随后的日程里,受邀学员将分组进入实验室,亲手完成FlowRACS、RAMS、DCP三项核心技术模块的操作训练;再往后,是用自己当天产出的真实数据,完成处理和分析——从拉曼谱图的质量评估,到RamanAI一站式拉曼组智能云专家系统的实战使用,全程贯穿。

换句话说,参与者不是去"了解"这套技术存在,而是要亲手走一遍从样本到数据的完整链条。

本次暑期学校面向国内外高校与科研机构的青年学者和研究生,采取受邀制,希望以小范围、深度交流的方式,让一批对单细胞代谢研究感兴趣的年轻研究者,真正摸到这套前沿方法论的脉络。


谁在背后支持这件事

本次活动获得中国科学院、青岛星赛生物科技有限公司的资助,由中国科学院青岛生物能源与过程研究所、中国化工学会绿碳资源利用专业委员会共同主办,并得到中国科学院上海药物研究所、中国科学院雄安创新研究院、国家粮食和物资储备局科学研究院的支持。

课程内容由来自上述机构的专家团队共同设计和讲授,覆盖从拉曼光谱基础原理、单细胞功能分选实操,到数据处理分析、应用场景拓展的完整链条。



回到开头的问题:要看清细胞内部正在发生的代谢现场,需要几步?

答案或许是——先要有一群人,愿意一起把"看不清"变成"看得清"。

这套方法论,正在被一批年轻的研究者亲手验证、亲手推进。这件事,值得被知道。

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