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
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。

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。

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。