基于小分子传感器放线菌高通量筛选研究获进展

中科院之声 20230613

放线菌能生产种类繁多的次级代谢产物，而微生物发酵是人们获取这些天然产物的重要手段。对于某一目标产品，野生菌株的产量一般难以满足工业生产的要求，需要经过长期的菌株驯化以提升产量。小分子生物传感器与液滴微流控的组合已被证明是放线菌菌株改造和高通量筛选的有效手段。然而，在菌株驯化过程中，目标产物的产量往往是阶段上升的，而多数生物传感器仅能在一定的操作范围内响应目标化合物，难以支持从野生菌株到工业菌株多阶段的长期驯化。因此，在不同的菌株改造阶段，需要不同性能参数的生物传感器相适配以实现高通量筛选。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所高通量编辑与筛选平台实验室研究员王猛带领的科研团队，通过对红霉素生物传感器的多轮迭代诱导和筛选，获得了一系列不同灵敏度和操作范围的生物传感器。通过表征实验，该团队证明了转录调控因子（TF）的表达水平与生物传感器灵敏性之间的关联，展示了调控TF蛋白表达水平是改变TF生物传感器性能参数的一种快速而便捷的方法。为了模拟工业菌株驯化过程，该团队从两株产量不同的红霉素生产菌株出发进行液滴共培养实验，证明了生物传感器性能参数与生产菌株产量范围的适配性是成功筛选的前提条件，并从两个不同初始产量红霉素生产菌株文库中筛选到产量提升6.8倍的突变株。基于基因组学的生物信息学分析使该团队在高产突变株中挖掘到多个有益位点，以指导未来的理性代谢工程改造。

相关研究成果发表在《ACS合成生物学》（ACS Synthetic Biology）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、合成生物学海河实验室重大攻关类项目、中国科学院青年创新促进会及天津市合成生物技术创新能力提升行动的支持。