微波介电光谱无标记实时监测酵母单细胞生长与热激响应揭示表型异质性

《Communications Biology》：A dielectric spectroscopic measurement of single Saccharomyces pastorianus growth and heat-shock response

摘要

细胞生长和热激反应（HSR）是细胞适应、命运决定和在波动环境中存活的核心过程，然而对单个悬浮微生物细胞的连续量化仍然具有挑战性。在此，我们提出了一种微波介电光谱细胞学技术（DiSC），用于在生理培养条件下实时、无标记地监测出芽酵母 Saccharomyces pastorianus 的单细胞生长和热激反应。结合光学显微镜实现了生长、热激和凋亡过程中形态动态的同时追踪。在 32 °C 下，细胞表现出持续的生物量积累，生长速率波动，但分子组成图谱（MCPs）相对保守。经热激处理（从 32 °C 升至 42 °C）后，细胞表现出间断性生物量积累、快速的生物量波动，以及在所有 17 个被分析细胞中动态变化的 MCPs。部分细胞随后发生凋亡崩溃，起始时间从温度升高期间的约 20 分钟到 42 °C 时超过 60 分钟，或在整个 340 分钟的观察窗口内始终未出现，显示出显著的细胞间异质性。凋亡后的细胞表现出稳定的 MCP 动态。对两到四个细胞世代的分析进一步证明，密切相关的子代之间存在不同的凋亡结局。这些结果确立了 DiSC 作为连续单细胞量化生长、应激适应和表型异质性的一个有前景的平台，同时突出了系统性能和分析能力进一步改进的机会。