人工细胞的表型测试与分选：构建从光谱学到遗传学的桥梁

基于拉曼光谱的细胞功能检测。拉曼光谱是一种非标记的散射光谱，是分子键被激发到虚能态却尚未恢复到原始态所引起的入射光被散射后频率发生变化的现象。每个单细胞拉曼光谱由分别对应于一类化学键的超过 1 500 个拉曼谱峰组成，反映了特定细胞内化学物质的成分及含量的多维信息。代谢物组成能够对细胞生理状态、细胞所处的环境变化，以及遗传背景做出快速响应，所以每个单细胞拉曼光谱可以被视为一张超过 1 500 个“像素”的高分辨率“照片”，用于表征单个细胞的状态、表型与功能。一个单细胞拉曼光谱中的每个拉曼谱峰或若干拉曼谱峰的组合均潜在代表一种表型。因此，正如一张肖像照能够同时展示人脸的诸多特征一样，单细胞拉曼光谱能潜在同时刻画与反映细胞的多种表型，实现全景式的表型分析。除此之外，水分子没有很强的拉曼信号，不会对细胞的拉曼检测产生干扰。因此，可在细胞的最佳生理状态下进行拉曼成像，这使得拉曼光谱用于表征生命体系的应用范围十分广泛。

对细胞群体而言，在单细胞精度上准确描述群体细胞的功能表型及其异质性至关重要，拉曼组技术便能满足这一需求。所谓拉曼组是指在特定条件和时间点下随机取样的单细胞拉曼光谱的集合，在概念上类似于给细胞的群体（ramanome）或群落（meta-ramanome）拍“集体照”。拉曼组相当于单细胞精度，可快速、低成本测定与监控的“代谢物组”，其变化可反映和表征该细胞体系全景式、几近无限的“状态”与“功能”。例如，拉曼组可以检测底物代谢活性、测定产物含量、表征环境应激性（如细胞应激状态、药敏性与耐药性等）、细胞间代谢互作等。这些特色充分体现了拉曼组手段与转录组、蛋白组、代谢组等手段的互补性，使其有望成为一种通用手段和崭新的表型组学数据类型，用以定义、表征乃至监测细胞的功能及其异质性。