產業技術綜合研究所(AIST)
表型篩選將未培養微生物從100萬個液滴中帶出來
尋找微生物的障礙,正逐漸從找出自然界中的菌,轉向根據實際功能從大量候選者中進行篩選。長岡技術科學大學等組成的共同研究團隊,開發出一套能在100萬個液滴規模中尋找並回收有用微生物的表型篩選系統。如果這項技術能穩定運作,未來就可能在洗滌劑工廠中,利用經篩選的微生物在發酵槽製造的原料,生產瓶子所需的成分。
許多具有有用功能的微生物,即使能在自然界中生存,也無法在試管中生長。研究人員能夠處理的只有有限的培養株;若要尋找以碳為原料製造化學品的菌種,就必須逐一培養候選者並進行檢查,耗費時間與成本。要把自然界中的菌種取出,作為工廠可用的候選者,仍然不是一件容易的事。
以功能篩選看不見的微生物
要培養微生物,就必須在實驗室中重現該微生物在自然界生存的條件。但對許多微生物來說,這是做不到的。讀取DNA序列可以了解微生物的遺傳資訊,卻無法直接得知它是否會從特定原料實際製造出目標物質。
因此可以使用液滴微流體技術。這是一種將微小液滴逐一當作小型反應容器,同時測試大量細胞與條件的方法。它有沒有增殖?顏色有沒有改變?有沒有發光?有沒有製造出目標產物?根據這些實際功能來篩選候選者的方法,就稱為表型篩選。
依序篩選100萬個液滴
長岡技術科學大學、產業技術綜合研究所(AIST)、廣島大學、On-chip Biotechnologies(オンチップ・バイオテクノロジーズ)與 Nikon Solutions(ニコンソリューションズ)組成的共同研究團隊表示,他們開發出一項技術,能將未培養及難培養微生物轉化為可培養狀態,並尋找、回收含有具備有用功能之微生物的液滴。
這項技術的核心,是能在100萬個液滴規模進行探索的「百萬篩選技術」。首先篩選大量液滴,接著以影像檢查其狀態,再回收有希望的液滴。由於將初步篩選、影像二次篩選和回收整合成一套連續運作的裝置,探索方式便能從以人工作業依序測試少數培養株,轉向根據實際功能尋找更多微生物。
直到成為工廠可用的菌種
如果這套流程能以良好的再現性使用,就能根據實際功能,將僅靠遺傳資訊難以選出的微生物列為候選者。對想要以未培養微生物作為材料的研究人員和生技企業來說,這將拓展尋找生物資源的途徑,取得僅靠培養株收藏無法獲得的生物資源。從碳資源製造化學品、材料及原料的微生物,其初步篩選也將更容易自動化。
例如在洗滌劑工廠,不必只依賴石油衍生原料,還可以想像這樣的場景:利用經篩選的微生物在發酵槽製造的化學原料,生產瓶子所需的成分。不過,要實現這一點,回收的菌種必須能在大規模培養槽中穩定運作,並符合製造成本與安全性的要求。培養條件的最佳化,以及轉移到量產流程,也都需要另外進行;找到微生物並不代表它立刻就能成為產品。