一种新的高通量筛选蛋白分泌微生物菌株的方法

　　

   

   

图片:该方法包括使用微水滴作为微小的细菌培养物和生物反应器，然后根据它们的荧光强度对它们进行分类。q -小体被设计成在与目标蛋白结合时发出荧光。因此，荧光强度与每种菌株所能产生的所需蛋白质的量直接相关。

来源：Tetsuya Kitaguchi副教授

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工业上有用的细菌菌株的大规模文库。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上有用蛋白质的突变菌株，为更多的应用打开大门，比如价格合理的生物制药。

有了现代基因工程工具，现在有可能修改微生物，使它们生产工业上有用的蛋白质——比如用于生物制药的蛋白质——得到加强。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，以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已经在医学、工业和农业领域取得了突破。

然而，传统的基因工程细菌菌株生产高蛋白的方法是非常耗时的。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，研究人员有时依赖于筛选大型文库来识别分泌大量蛋白质的菌株。这样就可以只提取那些最能产生所需蛋白质的菌株。不幸的是，目前的筛查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，一组研究人员现在开发了一种新的、高通量的突变菌株筛选方法。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，可以快速识别产生最高数量所需蛋白质的增强菌株，该研究报告发表在2023年4月24日的《Small》杂志上。

为此，研究人员首先使用了一种称为q体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 -小体是一种人造抗体，与靶结合后会发出荧光。在这种情况下，它们被设计成与所需的蛋白质结合，在荧光强度和目标蛋白质的产生之间建立联系。

此外，该团队还设计了一个巧妙的方案，根据突变菌株的表现对其进行分类(图1)。利用微流体技术，将含有单个细菌和q体的微小水滴引入油乳液中，利用油和水的相互不混溶性。这些微小的液滴被用作微小的细菌培养物和反应器。

经过48小时的孵育，这些被油覆盖的水滴再次被包裹在水乳状液中，并通过流式细胞仪。该装置使用激光和探测器来测量每个单个液滴的荧光。在此基础上，采用分选机制分离荧光强度较高的液滴。

研究人员对他们的方法进行了测试，他们筛选了一个巨大的细菌菌株库，这些菌株被创造出来产生FGF9(一种人类细胞因子)，并受到导致随机突变的环境的影响。使用这种方法，研究小组能够识别出一种突变菌株，与对照菌株相比，它产生的FGF9是对照菌株的三倍(图2)⁶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吞吐量。”

接下来，团队有很高的期望;他们希望他们提出的方法将对制药行业产生重大影响，因为它的简单，准确和多功能性。Kitaguchi博士说:“将我们的筛选方法应用于生物制药蛋白的开发可能会大大缩短建立高效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的廉价制造做出贡献。”

我们希望这样的发展能带来一个更容易、更经济地按需生产蛋白质的世界!

文章标题

Efficient Microfluidic Screening Method Using a Fluorescent Immunosensor for Recombinant Protein Secretions