Unlocking Microbial Dark Matter: A Comprehensive Review of Isolation Technologies from Traditional Culturing to Single-Cell Technologies

分离(微生物学) 生化工程 生物技术 工作流程 生物 分类 基因组 计算机科学 计算生物学 纳米技术 基因组学 数据科学 微流控 单元格排序 新兴技术
作者
Xi Sun,Xiaoxuan Zhang,Jia Zhang
出处
期刊:Microorganisms [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (4): 933-933
标识
DOI:10.3390/microorganisms14040933
摘要

Microorganisms represent the Earth's most abundant biomass and a vast reservoir of genetic diversity. However, traditional agar plate methods fail to recover the vast majority of these species, leaving a "microbial dark matter" that holds immense potential for the discovery of novel antibiotics and bioactive compounds. While conventional techniques such as selective media and enrichment culture remain foundational, they are inherently limited by community biases and the inability to support low-abundance, oligotrophic species. To address these bottlenecks, a diverse array of innovative isolation strategies has emerged. This review systematically categorizes and evaluates these methodologies, ranging from in situ cultivation to high-resolution single-cell manipulation. We first examine membrane diffusion-based cultivation (e.g., iChip), which mimics natural microenvironments to resuscitate recalcitrant microbes. Subsequently, we explore high-throughput single-cell technologies, including microfluidics for physicochemical separation, optical tweezers for precise manipulation, and fluorescence-activated cell sorting (FACS). Special attention is given to Raman-activated cell sorting (RACS) as a label-free functional screening tool and reverse genomics for targeted capture. By synthesizing the strengths and limitations of these approaches, we propose integrated workflows designed to accelerate the mining of untapped microbial resources.
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