美国浓缩厂的级联气体离心机（左图），气体离心机的原理图（右图），其中U-238以深蓝色表示，U-235以浅蓝色表示。图片来源于维基百科

提起离心在同位素中的应用，人们第一印象是浓缩原子弹的原料235U，用于制造原子弹。而气体离心机技术生产了世界上绝大部分的浓缩铀。

光合作用验证氧气来源[1]

其实自然界中除了这类放射性的同位素。还有一类稳定性同位素，其原子核结构稳定，几乎不会发生衰变，没有放射性和辐照伤害、使用安全，最著名的实验之一就是通过同位素18O的标记来验证光合作用中氧气来源于水而不是二氧化碳[2]。

DNA-SIP实验流程概述

现如今，DNA稳定同位素（DNA-SIP）广泛应用于各类微生物实验。通过在环境样品与稳定同位素标记的化合物一起孵育后，提取的核酸进行密度梯度超速离心，以分离不同密度的标记和未标记的DNA，用于后续的分子表征（例如指纹图谱、微阵列、克隆文库、宏基因组学）[3,4,5]。

应用案例一：

污染物降解与修复（如石油烃、农药、塑料）

广东省科学院生态环境与土壤研究所孙蔚旻研究员团队通过DNA-SIP和宏基因组分化相结合，确认了潜在的硫氧化锑还原菌SOAsRB[6]。

应用案例二：

根际微生物相关功能研究

福建农林大学周顺桂教授团队将15N标记的 DNA-SIP与宏基因组学结合，证明病毒可以通过对N循环相关细菌进行自上而下的控制和编码宿主N循环所必需的辅助代谢基因来介导氮转化[7]。

应用案例三：

人体与动物肠道微生物研究

香港中文大学于君教授团队巧妙利用DNA-SIP，揭示了菊粉保护肝脏的机制，锁定了“由菊粉，到狄氏副拟杆菌，再到十五烷酸”这样一条关键机制轴[8]。

DNA-SIP离心小技巧

01 由于氯化铯等密度梯度的时间较长，一般选用离心效率最高的垂直转子来缩短离心时间，例如文献中比较常用的VTi 65.2和VTi 90垂直转子。

02 氯化铯溶液在离心下会形成线性的梯度液，这一步很耗时，导致实验总时长往往超过40个小时以上。可以借助OptiMATE全自动密度梯度分液系统，搭配高浓度的OptiMATE氯化铯梯度液，自动完成线性梯度液的铺设，其均一性好，有望将整体离心缩短至10小时左右的水平。

参考文献：

[1].LIFE: THE SCIENCEOFBIOLOGY11e, IL Experiment 10.1

[2].Heavy oxygen (18O) as a tracer in the study of photosynthesis

[3].DNA Stable-Isotope Probing (DNA-SIP). J Vis Exp

[4].DNA stable-isotope probing. Nature protocol

[5].DNA-Stable lsotope Probing and Metagenomics Binning

[6].Microbially mediated sulfur oxidation coupled with arsenate reduction within oligotrophic mining-impacted habitats

[7].Deciphering the hidden role of soil viruses in nitrogen cycling revealed by metagenomic stable isotope probing

[8].Parabacteroides distasonis uses dietary inulin to suppress NASH via its metabolite pentadecanoic acid