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天木生物ARTP和MMC成功助力叶绿素缺陷型小球藻的选育

来源:   作者: 发布日期:2024-05-20 访问量:470

      本期为您推荐华南理工大学食品科学与工程学院魏东教授团队发表在国际藻类学期刊《Algal Research》上的一篇文章:Rapid screening of high-protein Auxenochlorella pyrenoidosa mutant by an integrated system of atmospheric and room temperature plasma mutagenesis and high-throughput microbial microdroplet culture。本研究利用常压室温等离子体诱变(ARTP)和高通量微生物微滴培养的集成系统(MMC),快速筛选出高蛋白质的蛋白核小球藻突变株,为异养发酵生产替代蛋白质提供了有希望的候选菌。

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图1 蛋白核小球藻高蛋白突变株的选育流程

       

       随着全球人口的增长,对食物的需求也在增加,这加剧了在耕地减少和对传统肉类生产的伦理担忧中寻找新蛋白质来源的需求。微藻作为一种有前途的替代蛋白质来源,富含蛋白质、氨基酸、多不饱和脂肪酸(PUFAs)、维生素和矿物质。然而,在异养培养条件下,由于光合作用依赖的蛋白质合成减少,微藻通常表现出较低的蛋白质含量(<40% 干重),限制了其作为替代蛋白质来源的潜力。为了克服这些挑战,开发具有天然高蛋白质含量的新型微藻菌株对于通过异养发酵高效大规模生产蛋白质至关重要。

       研究人员前期利用ARTP诱变获得金黄色蛋白核小球藻A4-1为出发藻株,进行新一轮的ARTP诱变,辐照15秒后,转移至摇瓶培养。将处于对数生长期的细胞稀释至OD450nm值为0.6-0.8,转移至MMC系统进行进一步培养。

       在MMC体系中,初始生成50个液滴,每一代运行时间在24-46小时,实时检测液滴在450 nm处的吸光值,表征藻株生长情况。经过三轮培养,筛选出长势好的液滴(第28号液滴)。整个实验流程仅耗时116小时,相较于传统平板体系有着较大的提升(图 2A)。将液滴进行单克隆分选,得到23株菌,选取其中4株(MMC-1、7、8和11)生长速率或者生物量浓度较高的进行后续的分析(图 2B)。


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图2 MMC中液滴的生长和单克隆微孔板培养的细胞生长


       在250 mL摇瓶中培养的四个选定突变体(MMC-1、7、8、11)的细胞生长和生物量产量如图 3A所示。所有突变体的生长模式与A4-1藻株相似,均经历了初始滞后期,随后迅速进入指数生长期。MMC-7达到了最高的生物量浓度8.21 g/L,比A4-1菌株的7.57 g/L高出8.49%(p < 0.05)。同时所有四个突变体在视觉上都呈现出与A4-1藻株相似的金黄色,未检出叶绿素b,叶绿素a仅占野生型(WT)的1%(图 3B)。


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图3 突变株与出发藻株A4-1在摇瓶中的细胞生长和色素组成

       

       生化成分分析显示,在四个突变体中,蛋白质含量增加了12%至40%(图 4)。MMC-8突变体显示出了最高的蛋白质含量(63.26%干重)和低的淀粉含量(8.59%干重),比出发藻株A4-1分别增加了40.11%和减少了56.24%。此外,MMC-8在蛋白质质量上也表现出色,其氨基酸含量(44.35%干重)和评分(95)均高于A4-1。


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图4 突变株与出发藻株A4-1生化组成


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图5 系列突变株与出发藻株A4-1必需氨基酸指数与氨基酸组成


       本研究展示了ARTP-MMC系统作为一种强大的高通量筛选平台的潜力,不仅提高了蛋白质的合成效率,还减少了淀粉含量,使得碳分配向蛋白质合成方向倾斜,对于提高生物蛋白质生产效率和可持续性具有重要意义。


论文链接:https://doi.org/10.1016/j.algal.2024.103509

      本期为您推荐华南理工大学食品科学与工程学院魏东教授团队发表在国际藻类学期刊《Algal Research》上的一篇文章:Rapid screening of high-protein Auxenochlorella pyrenoidosa mutant by an integrated system of atmospheric and room temperature plasma mutagenesis and high-throughput microbial microdroplet culture。本研究利用常压室温等离子体诱变(ARTP)和高通量微生物微滴培养的集成系统(MMC),快速筛选出高蛋白质的蛋白核小球藻突变株,为异养发酵生产替代蛋白质提供了有希望的候选菌。

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图1 蛋白核小球藻高蛋白突变株的选育流程

       

       随着全球人口的增长,对食物的需求也在增加,这加剧了在耕地减少和对传统肉类生产的伦理担忧中寻找新蛋白质来源的需求。微藻作为一种有前途的替代蛋白质来源,富含蛋白质、氨基酸、多不饱和脂肪酸(PUFAs)、维生素和矿物质。然而,在异养培养条件下,由于光合作用依赖的蛋白质合成减少,微藻通常表现出较低的蛋白质含量(<40% 干重),限制了其作为替代蛋白质来源的潜力。为了克服这些挑战,开发具有天然高蛋白质含量的新型微藻菌株对于通过异养发酵高效大规模生产蛋白质至关重要。

       研究人员前期利用ARTP诱变获得金黄色蛋白核小球藻A4-1为出发藻株,进行新一轮的ARTP诱变,辐照15秒后,转移至摇瓶培养。将处于对数生长期的细胞稀释至OD450nm值为0.6-0.8,转移至MMC系统进行进一步培养。

       在MMC体系中,初始生成50个液滴,每一代运行时间在24-46小时,实时检测液滴在450 nm处的吸光值,表征藻株生长情况。经过三轮培养,筛选出长势好的液滴(第28号液滴)。整个实验流程仅耗时116小时,相较于传统平板体系有着较大的提升(图 2A)。将液滴进行单克隆分选,得到23株菌,选取其中4株(MMC-1、7、8和11)生长速率或者生物量浓度较高的进行后续的分析(图 2B)。


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图2 MMC中液滴的生长和单克隆微孔板培养的细胞生长


       在250 mL摇瓶中培养的四个选定突变体(MMC-1、7、8、11)的细胞生长和生物量产量如图 3A所示。所有突变体的生长模式与A4-1藻株相似,均经历了初始滞后期,随后迅速进入指数生长期。MMC-7达到了最高的生物量浓度8.21 g/L,比A4-1菌株的7.57 g/L高出8.49%(p < 0.05)。同时所有四个突变体在视觉上都呈现出与A4-1藻株相似的金黄色,未检出叶绿素b,叶绿素a仅占野生型(WT)的1%(图 3B)。


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图3 突变株与出发藻株A4-1在摇瓶中的细胞生长和色素组成

       

       生化成分分析显示,在四个突变体中,蛋白质含量增加了12%至40%(图 4)。MMC-8突变体显示出了最高的蛋白质含量(63.26%干重)和低的淀粉含量(8.59%干重),比出发藻株A4-1分别增加了40.11%和减少了56.24%。此外,MMC-8在蛋白质质量上也表现出色,其氨基酸含量(44.35%干重)和评分(95)均高于A4-1。


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图4 突变株与出发藻株A4-1生化组成


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图5 系列突变株与出发藻株A4-1必需氨基酸指数与氨基酸组成


       本研究展示了ARTP-MMC系统作为一种强大的高通量筛选平台的潜力,不仅提高了蛋白质的合成效率,还减少了淀粉含量,使得碳分配向蛋白质合成方向倾斜,对于提高生物蛋白质生产效率和可持续性具有重要意义。


论文链接:https://doi.org/10.1016/j.algal.2024.103509
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