2026年10月19日
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新能源・產業技術綜合開發機構(NEDO)

用液滴培養在6小時內篩選100萬個候選對象

AI 繪製的示意圖

微生物探索的核心,不是大量挑選候選對象,而是能否把過去無法培養的微生物,以活菌株的形式回收。研究團隊在微小液滴中培養微生物,串起篩選和回收約100萬個候選對象的流程。如果實現實用化,土壤微生物來源的酵素有一天可能成為洗滌劑原料,而這也取決於能否在可安全量產菌株的條件下開展生產。

尋找有用的微生物或酵素,至今仍是一個一個培養、逐一檢查的工作。候選對象一多,探索就會花上數個月至數年。而且,環境中的大多數微生物在通常條件下都無法增殖。在還不知道它們能發揮什麼作用之前,它們就已經從候選對象中漏掉了。

實際測量是否能增殖

在生物製造中,找到能製造目標酵素或物質的微生物,是育種和量產的起點。即使可以從基因序列預測其功能,實際培養時能否增殖、能製造多少酵素,仍必須透過測量才能知道。

這時使用的就是液滴。把微生物封入直徑約數十至100微米的凝膠或水滴中。把一個液滴當成一個小型培養容器,同時檢查大量樣本的方法。不過,如果無法從呈現良好反應的液滴中取出活的微生物,並接續到下一階段的培養,發現就會在那裡結束。

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 出處: 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・產業技術綜合開發機構(NEDO))

把小型容器變成篩選裝置

研究團隊讓微生物在液滴中增殖,一邊測量增殖情況、酵素活性和生產能力,一邊進行篩選和回收,串起整套流程。他們表示,透過讓微生物聚集或進行高密度培養,可以讓環境中的微生物最多約50%變得可培養。

在大學校園內採集的土壤樣本中,研究團隊在6小時內分析並分取約100萬個液滴,取得4種具有高內肽酶活性的細菌。其中,從Lysobacter soli的一個菌株中,分離出一種活性是市售胜肽分析用工業酵素2.4倍的新型酵素。這套系統結合了高速初次篩選、利用影像和機器學習進行的第二次篩選,以及分注到培養皿中並回收的流程。

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 出處: 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・產業技術綜合開發機構(NEDO))

洗滌劑酵素有一天來自土壤

如果這套系統能在環境樣本中重現,並且在產品化後仍能穩定運作,探索工作就會從依序檢查少數已知菌株,轉變為在短時間內從大規模候選群中篩出目標。在洗滌劑賣場裡,家庭使用的洗滌劑酵素,或許有一天會是從過去無法培養、也無法研究的土壤微生物中找到的。

不過,如何穩定地以工業規模培養找到的菌株,並將其投入生產流程,仍然是尚待解決的課題。前提是發現的菌株能夠安全量產,並符合現有產品的性能和價格。計畫自2027年度開始測試運作,預定於該年度末實現產品化。

出處

新能源・產業技術綜合開發機構(NEDO)「開發全球首個液滴表型篩選系統」