人工細胞的表型測試與分選：構建從光譜學到遺傳學的橋梁

基于拉曼光譜的細胞功能檢測。拉曼光譜是一種非標記的散射光譜，是分子鍵被激發到虛能態卻尚未恢復到原始態所引起的入射光被散射后頻率發生變化的現象。每個單細胞拉曼光譜由分別對應于一類化學鍵的超過?1?500?個拉曼譜峰組成，反映了特定細胞內化學物質的成分及含量的多維信息。代謝物組成能夠對細胞生理狀態、細胞所處的環境變化，以及遺傳背景做出快速響應，所以每個單細胞拉曼光譜可以被視為一張超過?1?500?個“像素”的高分辨率“照片”，用于表征單個細胞的狀態、表型與功能。一個單細胞拉曼光譜中的每個拉曼譜峰或若干拉曼譜峰的組合均潛在代表一種表型。因此，正如一張肖像照能夠同時展示人臉的諸多特征一樣，單細胞拉曼光譜能潛在同時刻畫與反映細胞的多種表型，實現全景式的表型分析。除此之外，水分子沒有很強的拉曼信號，不會對細胞的拉曼檢測產生干擾。因此，可在細胞的最佳生理狀態下進行拉曼成像，這使得拉曼光譜用于表征生命體系的應用范圍十分廣泛。

對細胞群體而言，在單細胞精度上準確描述群體細胞的功能表型及其異質性至關重要，拉曼組技術便能滿足這一需求。所謂拉曼組是指在特定條件和時間點下隨機取樣的單細胞拉曼光譜的集合，在概念上類似于給細胞的群體（ramanome）或群落（meta-ramanome）拍“集體照”。拉曼組相當于單細胞精度，可快速、低成本測定與監控的“代謝物組”，其變化可反映和表征該細胞體系全景式、幾近無限的“狀態”與“功能”。例如，拉曼組可以檢測底物代謝活性、測定產物含量、表征環境應激性（如細胞應激狀態、藥敏性與耐藥性等）、細胞間代謝互作等。這些特色充分體現了拉曼組手段與轉錄組、蛋白組、代謝組等手段的互補性，使其有望成為一種通用手段和嶄新的表型組學數據類型，用以定義、表征乃至監測細胞的功能及其異質性。