2026年10月19日
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新能源·产业技术综合开发机构(NEDO)

通过液滴培养,在6小时内筛选出100万个候选对象

AI 绘制的示意图

微生物探索的核心,不是大量筛选候选对象,而是能否将迄今无法培养的微生物作为活菌株回收。研究团队在微小液滴中培养微生物,并将筛选、回收约100万个候选对象的流程连接起来。如果实现实用化,土壤微生物来源的酶有朝一日或许能成为洗涤剂原料,而这一前景将建立在能够安全量产菌株的条件之上。

寻找有用微生物和酶的工作,如今仍然是逐个培养、逐个调查。如果候选对象很多,探索就会持续数月甚至数年。而且,环境中的大多数微生物在通常条件下无法增殖。在弄清它们的功能之前,它们就已经从候选对象中掉队了。

实际测量能否增殖

在生物制造中,找到能够制造目标酶或物质的微生物,是育种和量产的起点。即使可以根据基因序列预测其功能,也必须通过实际培养来测量它能否增殖,以及能产生多少酶。

为此使用的是液滴。将微生物封装在直径约几十至100微米的凝胶或水滴中。把每个液滴作为一个小型培养容器,同时调查大量液滴的方法。不过,如果不能从表现出良好反应的液滴中取出活的微生物,并将其连接到下一步培养,发现也就到此为止。

図2 本事業で開発した高い可培養化率を実現するドロップレット培養技術 出处: 世界初、ドロップレット表現型スクリーニングシステムを開発しました(新能源·产业技术综合开发机构(NEDO))

将小型容器变成筛选装置

研究团队在液滴中培养微生物,在测量其增殖、酶活性和生产能力的同时进行筛选和回收,并将这些流程连接起来。团队表示,通过使微生物聚集或进行高密度培养,可以使环境中最多约50%的微生物变得可培养。

在大学校园内采集的土壤样本中,研究团队在6小时内分析并分取了约100万个液滴,获得了4种内肽酶活性较高的细菌。其中,从Lysobacter soli的一个菌株中分离出了一种新酶,其活性是市售肽分析用工业酶的2.4倍。这套系统结合了高速初筛、利用图像和机器学习进行的二次筛选,以及向培养板中分装和回收。

図3 本事業で開発した表現型スクリーニング技術による微生物探索と新規酵素の単離 出处: 世界初、ドロップレット表現型スクリーニングシステムを開発しました(新能源·产业技术综合开发机构(NEDO))

洗涤剂中的酶来自土壤的那一天

如果这套系统能在环境样本中复现,并且在产品化后仍能稳定运行,探索就会从依次调查少数已知菌株的工作,转变为在短时间内从大规模候选群体中筛选目标。在洗涤剂货架上,家用洗涤剂中的酶或许会变成从曾经无法培养、无法调查的土壤微生物中发现的酶。

不过,如何将找到的菌株稳定地培养到工业规模,并将其投入生产流程,仍然是一个问题。前提是发现的菌株能够安全量产,并满足现有产品的性能和价格要求。计划从2027年度开始进行测试运行,并在该年度末实现产品化。

来源

新能源·产业技术综合开发机构(NEDO)《全球首创,开发出液滴表型筛选系统》