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天木生物EVOL cell助力大肠杆菌耐高渗透压适应性进化

来源:   作者: 发布日期:2024-03-25 访问量:991

前言

      土壤盐碱化已成为与人类生产活动相关的全球性问题。在高盐条件下,植物的光合作用、呼吸和离子运输等代谢活动受到很大影响,导致生长迟缓、产量下降甚至死亡。在工业发酵过程中,通常需要向反应器中添加高浓度的糖或矿物质,在此过程中微生物容易发生高渗胁迫,导致生长和生产力降低。因此,如何提高生物体对恶劣环境的耐受性成为工业生产活动中的关键问题。传统微生物的适应性进化通常将微生物置于具有特殊条件的培养环境中(如特殊底物、高渗透压、pH值等环境),依靠研究人员反复挑选生长较快的微生物,但存在时效性差、工作量大的问题,驯化效果往往也不尽人意。
      天木生物全自动微生物适应性进化仪(Automatic microbial adaptive evolution instrumentEVOL cell是基于高气体透过性微管路及单相微流控技术开发而成的微生物驯化装备,具有微生物培养、传代、化学因子梯度添加、实时检测、氧分压控制等功能,能够应用于多种微生物的培养和适应性进化。


实验过程

            本案例使用天木生物全自动微生物适应性进化仪为基础开展耐NaCl大肠杆菌的驯化实验。活化后的大肠杆菌按照2%的接种量接入新鲜培养基,并将其中8 mL接入耗材盒缓冲瓶。制备的无菌LB培养基(含1% NaCl)和高盐LB培养基(含5% NaCl)用于EVOL cell根据传代参数自动调整NaCl的添加比例。本实验中NaCl设定为1%1.3%1.7%2.0%2.2%2.4%,根据菌株生长情况调整每个梯度传代次数。定期观察设备运行情况,并且及时取样进行菌株性能验证及优良菌株保藏。

实验结果

      1%NaCl作为菌株耐NaCl驯化的初始浓度,驯化总时长280 h,全自动完成传代27次,在NaCl浓度达到2.4%时取出菌株,在摇瓶培养体系中比较驯化前后菌株对NaCl的耐受能力。原始菌株和耐受菌株分别在含2%2.4%NaCl的培养基中进行摇瓶培养,结果如图2B所示。经过EVOL cell驯化后的菌株,在高NaCl浓度的培养基中,其生长情况优于原始菌株。在2%的摇瓶培养10 h后,原始菌株和耐受菌株OD值分别达到1.742.21,生长性能提升27.01%。在2.4%的摇瓶培养10 h后,原始菌株和耐受菌株OD值分别达到1.432.09,生长性能提升46.15%


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图2 EVOL cell耐高NaCl大肠杆菌适应性进化结果。(A)大肠杆菌耐NaCl适应性进化过程;(B)原始菌株与耐受菌株在摇瓶中的生长情况对比。


结论


      本案例以大肠杆菌为研究对象,使用EVOL cell对其耐受NaCl性能进行适应性进化,以提升该菌株在较高浓度NaCl环境胁迫下的生长能力。经过280 h 27轮的连续自动传代进化,大肠杆菌在高NaCl浓度的培养基中具有稳定的生长性能,对NaCl的耐受能力提升27.01~46.15%,这说明EVOL cell在菌种改良工作中的重要作用。全自动的微生物适应性进化仪极大提升驯化工作的自动化程度,减少实验中的人为操作失误造成的误差。实时检测能力也有助于研究人员掌握菌株生长情况,及时调整适应性进化策略,成为实验室及工业生产中微生物适应性进化培养的未来趋势。



前言

      土壤盐碱化已成为与人类生产活动相关的全球性问题。在高盐条件下,植物的光合作用、呼吸和离子运输等代谢活动受到很大影响,导致生长迟缓、产量下降甚至死亡。在工业发酵过程中,通常需要向反应器中添加高浓度的糖或矿物质,在此过程中微生物容易发生高渗胁迫,导致生长和生产力降低。因此,如何提高生物体对恶劣环境的耐受性成为工业生产活动中的关键问题。传统微生物的适应性进化通常将微生物置于具有特殊条件的培养环境中(如特殊底物、高渗透压、pH值等环境),依靠研究人员反复挑选生长较快的微生物,但存在时效性差、工作量大的问题,驯化效果往往也不尽人意。
      天木生物全自动微生物适应性进化仪(Automatic microbial adaptive evolution instrumentEVOL cell是基于高气体透过性微管路及单相微流控技术开发而成的微生物驯化装备,具有微生物培养、传代、化学因子梯度添加、实时检测、氧分压控制等功能,能够应用于多种微生物的培养和适应性进化。


实验过程

            本案例使用天木生物全自动微生物适应性进化仪为基础开展耐NaCl大肠杆菌的驯化实验。活化后的大肠杆菌按照2%的接种量接入新鲜培养基,并将其中8 mL接入耗材盒缓冲瓶。制备的无菌LB培养基(含1% NaCl)和高盐LB培养基(含5% NaCl)用于EVOL cell根据传代参数自动调整NaCl的添加比例。本实验中NaCl设定为1%1.3%1.7%2.0%2.2%2.4%,根据菌株生长情况调整每个梯度传代次数。定期观察设备运行情况,并且及时取样进行菌株性能验证及优良菌株保藏。

实验结果

      1%NaCl作为菌株耐NaCl驯化的初始浓度,驯化总时长280 h,全自动完成传代27次,在NaCl浓度达到2.4%时取出菌株,在摇瓶培养体系中比较驯化前后菌株对NaCl的耐受能力。原始菌株和耐受菌株分别在含2%2.4%NaCl的培养基中进行摇瓶培养,结果如图2B所示。经过EVOL cell驯化后的菌株,在高NaCl浓度的培养基中,其生长情况优于原始菌株。在2%的摇瓶培养10 h后,原始菌株和耐受菌株OD值分别达到1.742.21,生长性能提升27.01%。在2.4%的摇瓶培养10 h后,原始菌株和耐受菌株OD值分别达到1.432.09,生长性能提升46.15%


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图2 EVOL cell耐高NaCl大肠杆菌适应性进化结果。(A)大肠杆菌耐NaCl适应性进化过程;(B)原始菌株与耐受菌株在摇瓶中的生长情况对比。


结论


      本案例以大肠杆菌为研究对象,使用EVOL cell对其耐受NaCl性能进行适应性进化,以提升该菌株在较高浓度NaCl环境胁迫下的生长能力。经过280 h 27轮的连续自动传代进化,大肠杆菌在高NaCl浓度的培养基中具有稳定的生长性能,对NaCl的耐受能力提升27.01~46.15%,这说明EVOL cell在菌种改良工作中的重要作用。全自动的微生物适应性进化仪极大提升驯化工作的自动化程度,减少实验中的人为操作失误造成的误差。实时检测能力也有助于研究人员掌握菌株生长情况,及时调整适应性进化策略,成为实验室及工业生产中微生物适应性进化培养的未来趋势。



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