产业技术综合研究所(AIST)
表型筛选将未培养微生物从100万个液滴中找出
寻找微生物的难题,正逐渐从发现自然界中的菌,转向根据实际功能从大量候选者中进行筛选。长冈技术科学大学等组成的联合研究团队,开发出一种可在100万个液滴规模上寻找并回收有用微生物的表型筛选系统。如果这项技术能够稳定运行,洗涤剂工厂就有可能利用微生物在发酵罐中生产的原料,制造瓶子所需的成分。
许多能够发挥有用作用的微生物,即使能在自然界中生存,也无法在试管中生长。研究人员能够处理的只是有限的培养菌株;要寻找能以碳为原料制造化学品的菌,需要逐一培养和检测候选者,耗费时间和资金。要把自然界中的菌作为可供工厂使用的候选者提取出来,仍然并不容易。
根据功能筛选看不见的微生物
要培养微生物,必须在实验室内重现这种微生物在自然界中生存的条件。对许多微生物来说,这是做不到的。读取DNA序列可以了解微生物的遗传信息,但无法直接知道它是否真的能从特定原料制造出目标物质。
因此,研究人员使用了液滴微流控技术。这种方法把微小液滴逐个作为小型反应容器,同时测试大量细胞或条件。它是否增殖了,颜色是否发生变化,是否发光,是否制造出了目标产物?根据这些实际功能来筛选候选者的方法,就叫作表型筛选。
依次筛选100万个液滴
长冈技术科学大学、产业技术综合研究所(AIST)、广岛大学、On-chip Biotechnologies(On-Chip Biotechnologies)和尼康解决方案公司组成的联合研究团队表示,他们开发出了一项技术,能够使未培养和难培养的微生物变得可培养,并寻找和回收含有具备有用功能微生物的液滴。
这项技术的核心,是能够在100万个液滴规模上开展探索的“百万筛选技术”。首先筛选大量液滴,接着通过图像检查其状态,再回收有希望的液滴。通过将初次筛选、基于图像的二次筛选和回收做成一套连续运行的装置,探索过程就能从手工逐一测试少量培养菌株,转向根据实际功能寻找更多微生物。
直到成为可供工厂使用的菌
如果这套流程能够稳定、可重复地使用,就能根据实际功能,将仅凭遗传信息难以筛选的微生物作为候选者。对希望以未培养微生物为材料的研究人员和生物企业来说,这将拓宽寻找生物资源的途径,而这些资源仅靠培养菌株集合是无法获得的。寻找利用碳资源制造化学品、材料和原料的微生物,其初次筛选也会更容易实现自动化。
例如在洗涤剂工厂,可以设想这样一种场景:不再只依赖石油来源的原料,而是利用经过筛选的微生物在发酵罐中生产的化学原料,制造瓶子所需的成分。不过,要实现这一点,回收的菌还必须能在大型培养罐中稳定发挥作用,并满足制造成本和安全性的要求。培养条件的优化以及向量产工艺的转移也必不可少,找到微生物并不意味着它立刻就能成为产品。