高通量微型发酵生物反应器在合成生物学与克隆筛选的应用简介

加快开发有效生物工艺的同时降低成本是一项艰巨的任务。 为了获得微生物培养目的产物的高产量,必须进行高通量筛选,包括菌株筛选、培养基优化和生产工艺条件的优化等不同实验。

微升级别的高通量并行发酵就是一个有效方法,不仅可以提供海量数据,还可以通过节省时间和劳动力、自动化和低材料投入而削减成本。

贝克曼库尔特微升级的BioLector高通量微型生物反应器是生物工艺全过程控制的有力工具。

主要应用领域包括:


  • 合成生物学
  • 克隆筛选
  • 培养基优化
  • 生物工艺开发
  • 厌氧发酵


合成生物学

合成生物学中一个重要应用是在微生物表达系统中设计新代谢通路,以得到创新型产物,譬如生物燃料和新的化学基本成分。这些现代化的生物工艺方法利用可循环使用的原料作为底物,正在创造一个新的可持续化发展的工业,被称为生物经济。


BioLector生物反应器技术应用于这些领域可以研究合成细菌的生理行为,通过代谢途径的改变,这些微生物的生长行为和酸化作用也都会受到影响。因此,在设计新的生物工艺过程前需要更深入地研究代谢途径。微型生物反应器可以以高通量的方式,在线监测所有这些新微生物在不同发酵或培养基条件下的生长过程。

  • 得到的产物很容易通过特异性生长速率,酸化速率,氧气消耗或产物合成速率来表征和比较
  • 通过使用荧光蛋白(譬如GFP)作为报告信号,BioLector微型生物反应器还经常用于得到新启动子的基本特征,甚至是合成启动子的整个文库

案例分享 - 丹麦技术大学利用BioLector进行启动子文库的筛选

合成的启动子库(SPL)不仅用于表征 λ’ N-抗终止因子蛋白的方法中,同时也用于证明BBF RFC63-DTU合成启动子库标准品概念实验,我们决定把它连接到含有BBa_E10101RFP基因)和BBA_B0015(一个含有BBa_B0010BBa_B0012的双终止因子)的BBa_I13507前面。在文中将概述本实验的结果,随后还将介绍BBF RFC 63 DTU标准品是如何开发及其优势。

具体请见:http://2010.igem.org/Team:DTU-Denmark/SPL_Section


克隆筛选

克隆筛选有些类似于买彩票,即筛选的克隆数量越多,获得所需要优化的克隆几率就越高。传统筛选方法不一定能收集到关于阳性代谢变化数据,目前还未知哪里是可以改进的地方。

BioLector微型生物反应器不仅可以做高通量克隆筛选,同时也可以监测相关的代谢信息,包括生物量,pH值,溶解氧和荧光,譬如蛋白或荧光染料。微型生物反应器的通量水平和数据采集,可以在发酵相关的条件中实现快速克隆筛选,并且获取可以改进的地方,从而提高菌株开发的速度。

案例分享 - 利用BioLector进行高通量的克隆筛选和相关代谢信息的检测

【96个表达GFP的多形汉逊酵母克隆的平行筛选,Source: Kensy et al. (2009) Microb. Cell Fact. 8:31】

BioLector生物反应器系统是一种具有在线监测功能的高通量发酵系统,本文验证了该系统的性能。通过对连续振摇的微孔板中散射光和荧光强度在线监测,该技术将高通量筛选和多信息含量结合了起来。本文给出了各种案例,包括:光学测量校准,克隆和培养基筛选,以及启动子的表征。

具体请见:https://microbialcellfactories.biomedcentral.com/articles/10.1186/1475-2859-8-31

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