一种筛选分泌蛋白质的微生物菌株的高通量方法

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型文库中的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，可以快速识别分泌大量工业上有用的蛋白质的突变菌株，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，现在可以修改微生物，从而增强其工业上有用的蛋白质(例如生物制药中使用的蛋白质)的生产。

通过将基因改造引入这些生物体，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在医学、工业和农业领域取得了突破。

尽管如此，对细菌菌株进行基因工程改造以实现高蛋白生产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遗传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规模文库来鉴定分泌大量蛋白质的菌株。这样就可以仅提取那些最能产生所需蛋白质的菌株。不幸的是，目前的筛选技术依赖于多种化学处理，要么太慢，要么太复杂。

为了克服这些限制，一组研究人员现在已经开发出一种新颖的高通量突变菌株筛选方法。该研究由东京工业大学(Tokyo Tech)的Tetsuya Kitaguchi副教授领导，并与味之素株式会社合作进行。

这种创新方法结合了微流体和多功能生物传感，以快速识别产生最高量所需蛋白质的增强细菌菌株，在他们发表在《小》杂志上的研究中进行了报道。

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量。Q-body是人造抗体，在与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，在荧光强度和目标蛋白质产生之间建立联系。

此外，该团队还设计了一个聪明的方案，用于根据突变菌株的性能对其进行分类。利用微流体技术，利用油和水的互不混溶性，在油乳液中引入含有单个细菌和Q体的微小水滴。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，这些油覆盖的水滴再次封装在水乳液中，并通过流式细胞仪发送。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，这些细菌菌株产生FGF9，一种人类细胞因子，并经受导致随机突变的环境。使用这种方法，该团队能够识别出一种突变菌株，其产生的FGF9是对照菌株的三倍。

正如北口博士所说，“106突变体在大约三天内完成，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，团队有很高的期望;他们希望他们提出的方法由于其简单性、准确性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。

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