東京工業(yè)大學的研究人員最近開發(fā)了一種獨特的方法來篩選大型文庫中的工業(yè)上有用的細菌菌株。這種簡單的方法結(jié)合了生物傳感器和微流體，可以快速識別分泌大量工業(yè)上有用的蛋白質(zhì)的突變菌株，為更多應用打開大門，例如價格合理的生物制藥。

借助現(xiàn)代基因工程工具，現(xiàn)在可以修改微生物，從而增強其工業(yè)上有用的蛋白質(zhì)(例如生物制藥中使用的蛋白質(zhì))的生產(chǎn)。

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通過將基因改造引入這些生物體，我們可以將它們用作生物工廠來生產(chǎn)大量所需的蛋白質(zhì)。具有這種增強能力的細菌可以產(chǎn)生胰島素、生長激素和酶。這種增加微生物分泌蛋白表達的方法在醫(yī)學、工業(yè)和農(nóng)業(yè)領域取得了突破。

盡管如此，對細菌菌株進行基因工程改造以實現(xiàn)高蛋白生產(chǎn)的傳統(tǒng)方法非常耗時。這是因為它依賴于在單個菌株中引入遺傳修飾并評估蛋白質(zhì)生產(chǎn)的有效性。

作為替代方案，研究人員有時依靠篩選大規(guī)模文庫來鑒定分泌大量蛋白質(zhì)的菌株。這樣就可以僅提取那些最能產(chǎn)生所需蛋白質(zhì)的菌株。不幸的是，目前的篩選技術(shù)依賴于多種化學處理，要么太慢，要么太復雜。

為了克服這些限制，一組研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種新穎的高通量突變菌株篩選方法。該研究由東京工業(yè)大學(Tokyo Tech)的Tetsuya Kitaguchi副教授領導，并與味之素株式會社合作進行。

這種創(chuàng)新方法結(jié)合了微流體和多功能生物傳感，以快速識別產(chǎn)生最高量所需蛋白質(zhì)的增強細菌菌株，在他們發(fā)表在《小》雜志上的研究中進行了報道。

為此，研究人員首先使用一種稱為Q-body的生物傳感器來測量每種菌株產(chǎn)生的所需蛋白質(zhì)的量。Q-body是人造抗體，在與靶標結(jié)合時會發(fā)出熒光。在這種情況下，它們被設計為與所需的蛋白質(zhì)結(jié)合，在熒光強度和目標蛋白質(zhì)產(chǎn)生之間建立聯(lián)系。

此外，該團隊還設計了一個聰明的方案，用于根據(jù)突變菌株的性能對其進行分類。利用微流體技術(shù)，利用油和水的互不混溶性，在油乳液中引入含有單個細菌和Q體的微小水滴。這些微小的液滴被用作微觀細菌培養(yǎng)物和反應器。

孵育48小時后，這些油覆蓋的水滴再次封裝在水乳液中，并通過流式細胞儀發(fā)送。該設備使用激光和檢測器來測量每個液滴的熒光。在此之后，它采用分選機制來分離具有更高熒光強度的液滴。

研究人員通過篩選一個巨大的細菌菌株庫來測試他們的方法，這些細菌菌株產(chǎn)生FGF9，一種人類細胞因子，并經(jīng)受導致隨機突變的環(huán)境。使用這種方法，該團隊能夠識別出一種突變菌株，其產(chǎn)生的FGF9是對照菌株的三倍。

正如北口博士所說，“106突變體在大約三天內(nèi)完成，超過了使用最新自動化實驗室儀器的培養(yǎng)評估方法的通量。

展望未來，團隊有很高的期望;他們希望他們提出的方法由于其簡單性、準確性和多功能性而對制藥行業(yè)產(chǎn)生重大影響。Kitaguchi博士說：“將我們的篩選方法應用于生物制藥蛋白質(zhì)的開發(fā)可能會大大縮短建立高產(chǎn)工業(yè)微生物菌株所需的時間。因此，我們相信這項研究可以為各種生物制藥蛋白質(zhì)的廉價制造做出貢獻。

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