放線菌能生產(chǎn)種類繁多的次級代謝產(chǎn)物，而微生物發(fā)酵是人們獲取這些天然產(chǎn)物的重要手段。對于某一目標(biāo)產(chǎn)品，野生菌株的產(chǎn)量一般難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，需要經(jīng)過長期的菌株馴化以提升產(chǎn)量。小分子生物傳感器與液滴微流控的組合已被證明是放線菌菌株改造和高通量篩選的有效手段。然而，在菌株馴化過程中，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量往往是階段上升的，而多數(shù)生物傳感器僅能在一定的操作范圍內(nèi)響應(yīng)目標(biāo)化合物，難以支持從野生菌株到工業(yè)菌株多階段的長期馴化。因此，在不同的菌株改造階段，需要不同性能參數(shù)的生物傳感器相適配以實現(xiàn)高通量篩選。

近日，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所高通量編輯與篩選平臺實驗室研究員王猛帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊，通過對紅霉素生物傳感器的多輪迭代誘導(dǎo)和篩選，獲得了一系列不同靈敏度和操作范圍的生物傳感器。通過表征實驗，該團(tuán)隊證明了轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子（TF）的表達(dá)水平與生物傳感器靈敏性之間的關(guān)聯(lián)，展示了調(diào)控TF蛋白表達(dá)水平是改變TF生物傳感器性能參數(shù)的一種快速而便捷的方法。為了模擬工業(yè)菌株馴化過程，該團(tuán)隊從兩株產(chǎn)量不同的紅霉素生產(chǎn)菌株出發(fā)進(jìn)行液滴共培養(yǎng)實驗，證明了生物傳感器性能參數(shù)與生產(chǎn)菌株產(chǎn)量范圍的適配性是成功篩選的前提條件，并從兩個不同初始產(chǎn)量紅霉素生產(chǎn)菌株文庫中篩選到產(chǎn)量提升6.8倍的突變株?；诨蚪M學(xué)的生物信息學(xué)分析使該團(tuán)隊在高產(chǎn)突變株中挖掘到多個有益位點(diǎn)，以指導(dǎo)未來的理性代謝工程改造。

相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Synthetic Biology上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、合成生物學(xué)海河實驗室重大攻關(guān)類項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會及天津市合成生物技術(shù)創(chuàng)新能力提升行動的支持。

小分子生物傳感器的改造和高通量篩選過程

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