本期為您推薦清華大學張翀教授團隊發(fā)表在Biochemical Engineering Journal上的一篇文章：Establishment of picodroplet-based co-culture system to improve erythritol production in Yarrowia lipolytica. 該研究基于液滴微流控篩選平臺（DREM cell），結合熒光激活液滴分選技術與基于轉錄因子的生物傳感器，建立了一種有效提高解脂耶氏酵母合成赤蘚糖醇的FADS-TF共培養(yǎng)流水線，可以完成對高產赤蘚糖醇的菌株的高通量篩選。
赤蘚糖醇是一種四碳多元醇，在食品工業(yè)中被廣泛用作低熱量的生物甜味劑。此外，人體內血漿中的赤蘚糖醇水平升高可預測內臟脂肪的增加和II型糖尿病的發(fā)展。目前，商業(yè)中所用的赤蘚糖醇主要通過溶脂亞羅菌中的磷酸戊糖途徑（PPP）生物合成。然而，由于對微生物的生物合成過程和調控網(wǎng)絡的細節(jié)尚未完全了解，因此對赤蘚糖醇高產菌株進行合理的工程設計耗時又耗力。隨機誘變?yōu)榇笠?guī)模尋找目標遺傳性狀提供可能性，而由此產生的巨大的遺傳數(shù)據(jù)庫遠遠超過最先進的液體處理機器人的篩選能力。因此，迫切需要一種能夠支持菌株發(fā)育過程的高通量篩選方法。
熒光激活液滴分選（Fluorescence-activated droplet sorting ，F(xiàn)ADS）是高通量鑒定和分離具有優(yōu)良性狀稀有菌株的關鍵技術，近年來，基于FADS的方法已經成功地篩選出高產分泌酶和小分子的菌株。同時基于轉錄因子（TF）的全細胞生物傳感器的開發(fā)為表征和篩選菌株提供更為強大工具。因此，液滴微流控技術在高效篩選高產赤蘚糖醇解脂耶氏酵母方面具有廣闊的應用前景。
在本研究中，研究團隊利用響應赤蘚糖醇的轉錄調控因子，設計了一種新型生物傳感器，實時監(jiān)測赤蘚糖醇的濃度。結合FADS，構建FADS-TF共表達體系（圖1），利用液滴微流控的超高通量篩選高產赤蘚糖醇的解脂耶氏酵母。該篩選流水線包括三個液滴操作步驟：酵母單細胞液滴的產生和孵育，微注入基于熒光的赤蘚糖醇生物傳感大腸桿菌，分選出熒光信號最高的1‰的液滴（圖2）。基于微液滴的工作流程，對液滴進行了兩階段的溫度和pH控制策略，以分離赤蘚糖醇的生產和檢測過程。然后利用pH敏感的紅霉素消除了生物傳感器的背景表達，最終建立了完整的共培養(yǎng)篩選系統(tǒng)（圖3）。
從第四輪突變文庫中成功篩選出最佳解脂耶氏酵母S4-9，經114h發(fā)酵后，其赤蘚糖醇產量為231.2g/L。與野生型相比，在5L生物反應器中，赤蘚糖醇產量和生產率分別提高了16.97%和26.09%（圖4）。這些結果表明，隨著額外的生物傳感器的出現(xiàn)，F(xiàn)ADS-TF在細胞外產物的高通量篩選方面具有巨大的潛力。
Fig. 1. The working mechanism of the biosensor for sensing erythritol.
Fig. 2. Erythritol transcription factor-based biosensor FADS platform for high-throughput screening.
Fig. 3. Establishment of the FADS-EryD platform.
Fig. 4. High-throughput screening for improved erythritol-producing strains.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bej.2023.109036
本期為您推薦清華大學張翀教授團隊發(fā)表在Biochemical Engineering Journal上的一篇文章：Establishment of picodroplet-based co-culture system to improve erythritol production in Yarrowia lipolytica. 該研究基于液滴微流控篩選平臺（DREM cell），結合熒光激活液滴分選技術與基于轉錄因子的生物傳感器，建立了一種有效提高解脂耶氏酵母合成赤蘚糖醇的FADS-TF共培養(yǎng)流水線，可以完成對高產赤蘚糖醇的菌株的高通量篩選。
赤蘚糖醇是一種四碳多元醇，在食品工業(yè)中被廣泛用作低熱量的生物甜味劑。此外，人體內血漿中的赤蘚糖醇水平升高可預測內臟脂肪的增加和II型糖尿病的發(fā)展。目前，商業(yè)中所用的赤蘚糖醇主要通過溶脂亞羅菌中的磷酸戊糖途徑（PPP）生物合成。然而，由于對微生物的生物合成過程和調控網(wǎng)絡的細節(jié)尚未完全了解，因此對赤蘚糖醇高產菌株進行合理的工程設計耗時又耗力。隨機誘變?yōu)榇笠?guī)模尋找目標遺傳性狀提供可能性，而由此產生的巨大的遺傳數(shù)據(jù)庫遠遠超過最先進的液體處理機器人的篩選能力。因此，迫切需要一種能夠支持菌株發(fā)育過程的高通量篩選方法。
熒光激活液滴分選（Fluorescence-activated droplet sorting ，F(xiàn)ADS）是高通量鑒定和分離具有優(yōu)良性狀稀有菌株的關鍵技術，近年來，基于FADS的方法已經成功地篩選出高產分泌酶和小分子的菌株。同時基于轉錄因子（TF）的全細胞生物傳感器的開發(fā)為表征和篩選菌株提供更為強大工具。因此，液滴微流控技術在高效篩選高產赤蘚糖醇解脂耶氏酵母方面具有廣闊的應用前景。
在本研究中，研究團隊利用響應赤蘚糖醇的轉錄調控因子，設計了一種新型生物傳感器，實時監(jiān)測赤蘚糖醇的濃度。結合FADS，構建FADS-TF共表達體系（圖1），利用液滴微流控的超高通量篩選高產赤蘚糖醇的解脂耶氏酵母。該篩選流水線包括三個液滴操作步驟：酵母單細胞液滴的產生和孵育，微注入基于熒光的赤蘚糖醇生物傳感大腸桿菌，分選出熒光信號最高的1‰的液滴（圖2）?；谖⒁旱蔚墓ぷ髁鞒?，對液滴進行了兩階段的溫度和pH控制策略，以分離赤蘚糖醇的生產和檢測過程。然后利用pH敏感的紅霉素消除了生物傳感器的背景表達，最終建立了完整的共培養(yǎng)篩選系統(tǒng)（圖3）。
從第四輪突變文庫中成功篩選出最佳解脂耶氏酵母S4-9，經114h發(fā)酵后，其赤蘚糖醇產量為231.2g/L。與野生型相比，在5L生物反應器中，赤蘚糖醇產量和生產率分別提高了16.97%和26.09%（圖4）。這些結果表明，隨著額外的生物傳感器的出現(xiàn)，F(xiàn)ADS-TF在細胞外產物的高通量篩選方面具有巨大的潛力。
Fig. 1. The working mechanism of the biosensor for sensing erythritol.
Fig. 2. Erythritol transcription factor-based biosensor FADS platform for high-throughput screening.
Fig. 3. Establishment of the FADS-EryD platform.
Fig. 4. High-throughput screening for improved erythritol-producing strains.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bej.2023.109036
