一种高通量筛选产蛋白微生物菌株的新方法
东京工业大学的研究人员最近开发了一种独特的方法来筛选大规模文库以寻找工业上有用的细菌菌株。这种简单的方法结合了生物传感器和微流体技术，可以快速识别分泌大量工业有用蛋白质的突变菌株，为更多应用打开大门，例如价格合理的生物制药。
借助现代基因工程工具，现在可以对微生物进行修饰，从而提高它们对工业上有用的蛋白质(例如用于生物制药的蛋白质)的生产。通过对这些生物体进行基因改造，我们可以将它们用作生物工厂来生产大量所需的蛋白质。具有这种增强能力的细菌可以产生胰岛素、生长激素和酶。这种增加微生物分泌蛋白表达的方法导致了医学、工业和农业领域的突破。
尽管如此，用于高蛋白生产的基因工程菌株的传统方法非常耗时。这是因为它依赖于在单个菌株中引入基因修饰并评估蛋白质生产的有效性。作为替代方案，研究人员有时依靠筛选大型文库来鉴定分泌大量蛋白质的菌株。这使得能够仅提取那些最擅长生产所需蛋白质的菌株。不幸的是，目前的筛选技术依赖于多种化学处理，而且要么太慢要么太复杂。
为了克服这些限制，一组研究人员现已开发出一种新颖的高通量突变株筛选方法。该研究由日本东京工业大学 (Tokyo Tech) 的副教授 Tetsuya Kitaguchi 领导，并与Ajinomoto Co., Inc.合作进行。该创新方法结合了微流体和多功能生物传感技术，可快速识别增强的细菌菌株，他们在 2023 年 4 月 24 日发表在Small 杂志上的研究报告称，能够产生最高量的所需蛋白质。
为此，研究人员首先使用一种称为 Q-body 的生物传感器来测量每种菌株产生的所需蛋白质的数量。Q 体是人工抗体，在与其靶标结合时会发出荧光。在这种情况下，它们被设计为与所需的蛋白质结合，从而在荧光强度和目标蛋白质生产之间建立联系。
此外，该团队还设计了一个巧妙的方案，用于根据性能对突变菌株进行分类(图 1)。利用微流体技术，利用油和水的互不混溶性，将含有单个细菌和 Q 体的微小水滴引入油乳液中。这些微小的液滴被用作微观细菌培养物和反应器。
孵育 48 小时后，这些被油覆盖的水滴再次被包裹在水乳液中，并通过流式细胞仪。该设备使用激光和检测器来测量每个液滴的荧光。在此之后，它采用分选机制来分离具有更高荧光强度的液滴。
研究人员通过筛选一个巨大的细菌菌株库来测试他们的方法，这些菌株是为产生人类细胞因子 FGF9 而创建的，并且会受到导致随机突变的环境的影响。使用这种方法，该团队能够鉴定出一种突变菌株，其产生的 FGF9 是对照菌株的三倍(图 2)。正如 Kitaguchi 博士所说，“10 6 个突变体的整个筛选过程在大约三天内完成，超过了使用最新自动化实验室仪器的培养评估方法的通量。”
展望未来，团队寄予厚望;他们希望他们提出的方法因其简单、准确和多功能性而对制药行业产生重大影响。Kitaguchi 博士说：“将我们的筛选方法应用于生物制药蛋白质的开发可能会大大缩短建立高产工业微生物菌株所需的时间。因此，我们相信这项研究可以为各种生物制药蛋白质的廉价制造做出贡献。”
我们希望像这样的这些发展能带来一个可以更轻松、更经济地按需生产蛋白质的世界!
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