天木生物助力高校實現(xiàn)谷氨酰胺酶突變株的高通量篩選

近日，清華大學張翀、安徽工程大學薛正蓮研究團隊應用DREM cell將液滴微流控技術與基因編碼熒光生物傳感器相結合，成功實現(xiàn)了高產谷氨酰胺酶突變株的超高通量篩選，相關研究成果以“Combining genetically encoded biosensors with droplet microfluidic system for enhanced glutaminase production by Bacillus amyloliquefaciens”為題，發(fā)表在生物化工領域專業(yè)期刊《Biochemical Engineering Journal》上。

工業(yè)微生物常用于重要的生物和化學制品的生產，優(yōu)良菌株的選育是生物產業(yè)的核心工作之一。近年來合成生物技術的快速發(fā)展使得高性能工業(yè)菌株基因型的理性構建性顯著增加，但如何從海量候選菌株庫中高通量篩選到規(guī)模生產用的工業(yè)菌株仍面臨挑戰(zhàn)。多孔板（MTP）篩選系統(tǒng)和流式細胞術（FACS）是研究者常用的篩選手段，但MTP通量較低，而FACS難以用于檢測胞外分泌的代謝物。液滴微流控技術在微生物育種領域的應用，成功實現(xiàn)了大容量突變庫的全面評價以及高效篩選，不僅在篩選通量方面實現(xiàn)了大幅度提升，有效提高了菌株選育工作效率，而且在篩選成本方面也展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢，可顯著降低篩選過程中試劑耗材的用量，將單克隆的篩選成本降低至十分之一或百分之一，實現(xiàn)高通量、低消耗的優(yōu)良工業(yè)菌株選育。天木生物基于液滴微流控技術開發(fā)了皮升級單細胞分選平臺--DREM cell（Droplet entrapping microfluidic cell-sorter）具有體積小、通量高、體系封閉、無交叉污染等特點，越來越成為科學研究和企業(yè)生產的重要技術手段。

清華大學張翀、安徽工程大學薛正蓮研究團隊開發(fā)了一種利用谷氨酸擬熒光蛋白傳感器 iGluSnFR 的谷氨酰胺酶熒光檢測方法，相較于傳統(tǒng)的高效液相色譜法，速度提高了700倍。基于iGlusnFR傳感器，結合DREM cell單細胞分選平臺實現(xiàn)谷氨酰胺酶生產菌株的高通量篩選，單次實驗可篩選10萬克隆，效率遠遠超過傳統(tǒng)孔板篩選技術。最終項目團隊對常壓室溫等離子體（ARTP）誘變的解淀粉芽孢桿菌全基因組突變文庫進行超高通量篩選，成功獲得了一株谷氨酰胺酶產量提高47%以上的突變株。該篩選平臺，與微孔板篩選系統(tǒng)相比，篩選率提高500倍，試劑用量減少2萬倍，并且可以節(jié)省大量的多孔板、培養(yǎng)皿、槍頭等耗材。
  研究團隊所使用的液滴微流控細胞分選儀（DREM cell）是天木生物基于液滴微流控技術開發(fā)的皮升級液滴微流控單細胞分選平臺，可將待篩選細胞進行包被形成單細胞微液滴，結合熒光篩選模型，可以在細胞水平完成微生物的高通量分離、培養(yǎng)、檢測、分選等。
高通量皮升級液滴單細胞分選系統(tǒng)（DREM cell）相比于傳統(tǒng)篩選方法，篩選效率可提升1萬倍，試劑消耗量可下降至百萬分之一，在篩選通量顯著提升的同時，單克隆篩選成本大幅度降低。該儀器不僅可廣泛應用于細菌、酵母、動物細胞等的高通量篩選，還可以應用于蛋白、核酸、抗體等生物大分子篩選等相關研究領域。