Китайские исследователи разработали передовую платформу для высокопроизводительной сортировки отдельных клеток, которая позволяет напрямую выделять живые клетки с целевыми метаболическими профилями из больших библиотек мутантов.
Технология FlowRACS 3.0
Технология, коммерциализированная как FlowRACS 3.0, значительно сокращает традиционно трудоёмкий процесс скрининга колоний по одной для выявления ценных микробных штаммов. То, что раньше занимало месяцы или даже годы, теперь можно сделать за часы или дни.
Авторы исследования
Исследование проводилось под руководством профессоров Ма Бо, Сюй Цзянь и Фэн Инган из Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) при Китайской академии наук. Результаты исследования недавно были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Прорывной процесс
Прорывной процесс — позитивная диэлектрическая электрофорез-индуцированная детерминированная боковая диспозиция на основе рамановской активации сортировки клеток (pDEP-DLD-RACS) — использует рамановскую спектроскопию для обеспечения неинвазивного, безабляционного и высокопроизводительного анализа метаболических характеристик сотен отдельных клеток в минуту.
Это достижение позволяет в режиме реального времени идентифицировать и восстанавливать метаболически отличные клетки без необходимости окрашивания или ущерба для здоровья клеток.
Преимущества платформы pDEP-DLD-RACS
Платформа pDEP-DLD-RACS объединяет три важнейших достижения:
* высокая точность сигнала для извлечения широкого спектра клеточных метаболических фенотипов;
* высокая скорость сортировки — до 600 событий в минуту;
* надёжная эксплуатационная стабильность, позволяющая непрерывно работать более 10 часов.
Благодаря интеграции широких микрофлюидных каналов, точному диэлектрическому контролю и оптимизированному обнаружению рамановского излучения система эффективно восстанавливает редкие клетки из генетически разнообразных популяций, сохраняя высокий уровень жизнеспособности клеток.
Демонстрация промышленного потенциала
Чтобы продемонстрировать промышленный потенциал, исследователи применили pDEP-DLD-RACS к библиотеке геномного случайного мутагенеза Aurantiochytrium sp., микроорганизма за, критически важного для производства докозагексаеновой кислоты (DHA). За два дня платформа проверила более 250 000 клеток, выделив мутантный штамм, который производит на 58% больше DHA, чем дикий тип.
Штамм также показал на 34% более высокое содержание липидов и на 21% более высокую чистоту DHA по сравнению с исходным штаммом. Для сравнения, разработка предыдущего ведущего штамма команды потребовала годы традиционного скрининга на основе колоний.
Профессор Фэн сказал: «Эта платформа меняет представление о микробиологическом скрининге, переходя от зависимости от флуоресцентных маркеров или длительного культивирования к химическому фенотипированию в реальном времени. Это похоже на использование метаболического «отпечатка пальца» для мгновенного выявления высокоэффективных клеток».
Профессор Ма добавил: «Эта работа знаменует собой веху в скрининге фенотипов живых клеток, демонстрируя, что рамановская проточная цитометрия может перейти от фундаментальных исследований к практическому инструменту для оптимизации промышленных штаммов в биотехнологии».
Анализ транскриптома высокоэффективного мутанта выявил комплексное метаболическое перепрограммирование, включая усиление потока углерода в синтез липидов и сдвиг окислительно-восстановительного баланса в пользу производства полиненасыщенных жирных кислот. Эти результаты подтверждают точность скрининга pDEP-DLD-RACS и определяют план будущих метаболических разработок.
Профессор Сюй сказал: «Помимо инструмента сортировки, это двигатель для обнаружения «живых драгоценных камней». Его способность сохранять жизнеспособность клеток при быстрой и экономически эффективной селекции сложных метаболических признаков делает его идеальным инструментом для экологического мониторинга и функционального клеточного майнинга в различных средах — от промышленных биореакторов до океанов и медицинских учреждений».
Интегрируя микрофлюидику, диэлектрическую электрофорез и рамановскую спектроскопию, исследование устраняет давние узкие места в биотехнологическом скрининге, открывая путь для более быстрой разработки микробных клеточных фабрик и инновационных приложений в синтетической биологии, фармацевтике и экологической науке.
Предоставлено Китайской академией наук.