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)響應目標化合物，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，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所高通量編輯與篩選平臺實驗室研究員王猛帶領的科研團隊，通過對紅霉素生物傳感器的多輪迭代誘導和篩選，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，該團隊證明了轉錄調(diào)控因子（TF）的表達水平與生物傳感器靈敏性之間的關聯(lián)，展示了調(diào)控TF蛋白表達水平是改變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，該團隊從兩株產(chǎn)量不同的紅霉素生產(chǎn)菌株出發(fā)進行液滴共培養(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。基于基因組學的生物信息學分析使該團隊在高產(chǎn)突變株中挖掘到多個有益位點，以指導未來的理性代謝工程改造。

相關研究成果發(fā)表在ACS Synthetic Biology上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、合成生物學海河實驗室重大攻關類項目、中國科學院青年創(chuàng)新促進會及天津市合成生物技術創(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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