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      當前位置:應用案例

      基于MMC(Microbial Microdroplet Culture System)高通量適應性進化策略強化甲醇利用型大腸桿菌性能

      作者:admin 發布時間:2020/08/19 瀏覽量:179

      本期為您推薦西安交通大學化學工程與技術學院費強教授研究團隊發表在國際知名期刊《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》上的一篇文章,原文題目為:Empowering a Methanol-Dependent Escherichia coli via Adaptive Evolution Using a High-Throughput Microbial Microdroplet Culture System。


      文章摘要內容如下:

      甲醇作為一種重要化合物,可被許多甲基營養菌用作碳源進行生長和生產,但很少有甲基營養菌可直接作為模型菌株用于廣泛的合成研究。因此,能夠利用甲醇的基因工程菌在生物合成和發酵方面的應用引起了廣泛的關注。


      本課題組近期所構建的甲醇利用型大腸桿菌的生長嚴重依賴于共底物葡糖酸鹽,這大大限制了該菌株的商業化應用。因此,在該菌株的培養過程中減少共底物的使用是其未來應用的關鍵問題之一。然而,由于對異質宿主中甲基營養代謝性能的研究有限,因此基于理性設計的優化生長速率和底物利用率非常困難。另一方面,適應性進化方案通常會受到檢測和培養平行性等問題的限制:由于傳統的培養技術,即搖瓶,孔板,因其數據密度低、時間跨度長、平行性差、檢測無法連續而無法實現最終目的。相反,非理性的適應性進化可使表型的變化明顯地與特定的生長環境關聯起來,直接指向性狀選擇。此外,隨著轉錄組測序和全基因組測序(WGS)等新技術所帶來的便利,很容易獲得表型與基因型的相關性。并且隨著自動化、模塊化的微生物細胞微培養系統的開發,特別是基于液滴微流控的微培養系統,以培養過程中人為錯誤少、通量高、平行性好和高效率等特點受到微生物學界的廣泛關注。


      本研究開發了一種基于微生物微滴培養系統(Microbial Microdroplet Culture system,MMC)的進化策略。由于MMC可實現自動化高通量篩選,在該系統連續50天的培養過程中,通過逐漸降低葡糖酸鹽的用量,并經過三個階段的適應性進化的實驗方案來獲得突變株。實驗最終獲得了一株生長速度提高3倍,延滯期縮短43%,葡糖酸鹽消耗降低40%的候選突變株MeSV2.2-3。通過對該菌株的全基因組測序分析發現,gntU, idnT, eddpckA基因發生了突變,而這些基因與葡糖酸鹽吸收與細胞生長密切相關。本研究成功證明MMC可以高效、省時地使目標菌株實現定向進化。


      文章精彩內容如下:

      1 

      2 MeSV2.2在搖瓶、孔板和MMC中的生長曲線


      2 

      3 MeSV2.2在MMC中50天內三個不同階段的適應性進化結果


      3 

      4 MMC提取的進化菌株在搖瓶中的生長曲線


      4 

      5 適應性進化中突變的基因。(a)突變位點圖顯示出適應性進化過程中突變基因的位置。(b)參與碳代謝通路的主要突變基因

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