一種篩選分泌蛋白微生物菌株的高通量新方法

東京工業大學的研究人員最近開發了一種獨特的方法來篩選大規模文庫中工業上有用的細菌菌株。 這種簡單的方法結合了生物感測器和微流體技術，可以快速識別分泌大量工業上有用的蛋白質的突變菌株，從而為更多應用打開了大門，例如價格合理的生物製藥。

借助現代基因工程工具，現在可以對微生物進行改造，從而增強它們生產工業上有用的蛋白質（例如生物製藥中使用的蛋白質）。

透過介紹進入這些生物體中，我們可以將它們用作生物工廠來生產大量所需的蛋白質。 具有這種增強能力的細菌可以產生胰島素、生長激素和酵素。 這種增加微生物分泌蛋白表現的方法在醫學、工業和農業領域取得了突破。

儘管如此，透過基因工程製造高蛋白菌株的傳統方法非常耗時。 這是因為它依賴於在單一菌株中引入遺傳修飾並評估蛋白質生產的有效性。

作為替代方案，研究人員有時會依賴篩選大型文庫來鑑定分泌大量蛋白質的菌株。 這使得能夠僅提取那些最能產生所需蛋白質的菌株。 不幸的是，目前的篩選技術依賴多種化學處理，並且太慢或太複雜。

為了克服這些限制，一組研究人員現在已開發出一種新穎的高通量突變菌株篩選方法。 該研究由日本東京工業大學（Tokyo Tech）的 Tetsuya Kitaguchi 副教授領導，並與 Ajinomoto Co., Inc. 合作進行。

他們在該雜誌上發表的研究報告了這種創新方法，該方法結合了微流體和多功能生物感測，可以快速識別產生最高量所需蛋白質的增強細菌菌株小的。

為此，研究人員首先使用稱為 Q-body 的生物感測器來測量每種菌株產生的所需蛋白質的量。 Q-body 是人工抗體，在與其標靶結合後會發出螢光。 在這種情況下，它們被設計為與所需的蛋白質結合，在螢光強度和目標之間建立聯繫生產。

此外，該團隊還設計了一個巧妙的協議來對根據他們的表現。 使用，利用油和水的互不混溶性，將含有單一細菌和 Q 體的微小水滴引入油乳液中。 這些微小的液滴被用作微觀細菌培養物和反應器。

孵育 48 小時後，這些油覆蓋的水滴再次被封裝在水乳液中，並通過流式細胞儀。 該設備使用雷射和檢測器來測量每個液滴的螢光。 隨後，它採用分選機制來分離具有較高螢光強度的液滴。

研究人員透過篩選一個巨大的細菌菌株文庫來測試他們的方法，這些菌株是為了產生 FGF9（一種人類細胞因子）而創建的，並受到導致隨機突變的環境的影響。 使用這種方法，研究團隊能夠鑑定出一種突變菌株，其產生的 FGF9 是對照菌株的三倍。

正如北口博士所說：「整個篩選過程包括 10⁶突變體在大約三天內完成，超過了使用最新自動化實驗室儀器的培養評估方法的吞吐量。

展望未來，團隊抱持著很高的期望； 他們希望他們提出的方法因其簡單性、準確性和多功能性而對製藥業產生重大影響。 Kitaguchi 博士說：「應用我們的篩選方法來開發生物製藥蛋白質可能會大大縮短建立高產工業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製藥蛋白質的廉價製造做出貢獻。 」