微生物微液滴培養(yǎng)系統(tǒng)

1、微生物微液滴培養(yǎng)系統(tǒng)：一個(gè)微生物自動(dòng)化、高通量培養(yǎng)和適應(yīng)性進(jìn)化的集成平臺(tái)本期為您推薦清華大學(xué)化學(xué)工程系生物化工研究所，洛陽華清天木生物科技有限公司邢新會(huì)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在BiotechnologyandBioengineering上的一篇文章，原文題目為：Microbialmicrodropletculturesystem(MMC):Anintegratedplatformforautomated,high-throughputmicrobialcultivationandadaptiveevolution.文章摘要內(nèi)容如下：微生物的培養(yǎng)是微生物學(xué)研究的基礎(chǔ)，是微生物分離、鑒定、篩選和進(jìn)化的必要條

2、件。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)方法包括搖瓶、孔板和培養(yǎng)皿，然而這些方法都是典型的勞動(dòng)密集型，通量低，平行性差，導(dǎo)致效率低下。目前，對(duì)微生物培養(yǎng)系統(tǒng)的小型化和平行化的研究已轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑿蜕锓磻?yīng)器的功能研究。隨著自動(dòng)化、模塊化的微生物細(xì)胞微培養(yǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，特別是采用液滴微流體的微培養(yǎng)系統(tǒng)，因其高通量、高平行性及高效的培養(yǎng)能力而備受關(guān)注。本研究開發(fā)了微生物微液滴培養(yǎng)系統(tǒng)(MicrobialMicrodropletCulturesystem，MMC),它是一個(gè)用于微生物自動(dòng)化高通量培養(yǎng)和微生物適應(yīng)性進(jìn)化的集成平臺(tái)。研究者可在200個(gè)2微升的平行液滴中進(jìn)行自動(dòng)化，高通量的微生物培養(yǎng)和適應(yīng)性進(jìn)化研究。還開發(fā)了一種新的

3、樣品注射方法，利用定制的試劑瓶，防止其他微生物的污染，且更容易清洗。已證明MMC對(duì)于液滴的操作和檢測(cè)具有準(zhǔn)確和可重復(fù)性。通過研究比較6種微生物菌株在MMC、搖瓶或孔板中的生長(zhǎng)曲線，驗(yàn)證了MMC在微生物細(xì)胞培養(yǎng)方面的優(yōu)越性。6種微生物細(xì)胞系的最高初生長(zhǎng)率是使用MMC獲得的。另外在MMC中對(duì)一株產(chǎn)甲醇的大腸桿菌菌株進(jìn)行了18天的適應(yīng)性進(jìn)化，獲得了兩株比親本株生長(zhǎng)速度更快的菌株。本研究證明了MMC的強(qiáng)大功能，為自動(dòng)化、高通量微生物培養(yǎng)和適應(yīng)性進(jìn)化提供了一種高效、可靠的方法。文章精彩內(nèi)容如下：ThogroupofpumpsnandvalvestviXIhegrouplcfrwgem；botttesTh

4、echipofdropletmanipuilatlon舊歐Thpr*ragl1iQHitdtiplrirhiArdrapbit詔_Q血kccminaiEtwir8-17F-IIIIIIIifThetubeofrmicrobialCuttivation；:!:!FIGURE1Schematicdepictionofthemicrobialmicrodropletculturesystem（MMC）.（a）TheintegratedframeworkforMMC.（b）Methodforsampleinjection.（c）Schematicoftherecognitionofdroplets.（

5、d）Schematicofthemonitoringofmicroorganismsindroplets.（e）Schematicofthestructureofthequickconnectorandthegasexchangeindroplets.圖1MMC結(jié)構(gòu)示意圖。（a）MMC的集成框架。（b）進(jìn)樣方式。（c）液滴識(shí)別原理示意圖。（d）液滴中微生物生長(zhǎng)情況監(jiān)測(cè)。（e）快接頭結(jié)構(gòu)和液滴中氣體交換示意圖。DmoplETheflkiwrfoilphscofwlph?iIIW5tPD*血來afterThal*1ovr-of曲phflM（e）SortingofdropletsEcLognilHn

6、sMa疵drapWj（b）Cultivationofdroplets0,1igtit-ngldpipellfieOiemlcfllfactorEledrofttCuttunmediumiopklIMMiharingio4growth（d）Fusionofdropletsirfefl-rfdrplels（Xe社創(chuàng)伽忡r*CLilturamedium,Fthuindraplrt（日）GenerationofdropletsoniUpAIKlork（C）SplittingofdropletsR*criitH?nbit*時(shí)draplakssitnofdraphtssiteufdr-opklsFIGUR

7、E2Schematicoftheoperationsusedtomanipulatedropletsonthechip.（a）Generationofdroplets.（b）Cultivationofdroplets（.c）Splittingofdroplets（.d）Fusionofdroplets（.e）Sortingofdroplets.Theselecteddropletproceedstothetubeformicrobialcultivationandtheunselecteddropletgoestothewaste.圖2芯片上液滴操作示意圖。（a）液滴生成。（b）液滴培養(yǎng)。（c

8、）液滴分割。（d）液滴融合。（e）液滴分選。選定的液滴會(huì)進(jìn)入微生物培養(yǎng)管道（thetubeofmicrobialcultivation）,未選定的液滴被排到廢液瓶。En-noOLI-口uoleJcQolloo900%BO0%70.0%60.0%50.0%40.0%30.0%20.0%10.0%0.0%41.8%32.0*%21,7%1051.9%13JVo60NumberofDropletConcentrationofInoculumFIGURE3Characterizationoftheaccuracyandreproducibilityofinoculationinmicrobialmic

9、rodropletculturesystem(MMC).(a)Plotillustratingthemeasurementoftheconcentrationofinoculumfromsevenexperimentalgroups.(b)Thecoefficientofvariation(C.V.)of50dropletsineachexperimentalgroupin(a).圖3MMC接種操作的精確性和穩(wěn)定性表征。(a)圖示來自七個(gè)實(shí)驗(yàn)組的不同接種物濃度的測(cè)定。(b)(a)中每個(gè)實(shí)驗(yàn)組中50個(gè)液滴接種物濃度的變異系數(shù)。TABLE1ComparisonofthemaximumspecificgrowthratespmaxandOD600inthestationaryphaseofsixstrains表1比較六個(gè)菌株在穩(wěn)定期的最大生長(zhǎng)速率和OD600Time/dTt-n?/hFIGURE5ResultsoftheadaptiveevolutionofMeSV2.2inmicrobialmicrodropletculturesystem（MMC）.（a）GrowthcurvesforMe