本期為您推薦華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院魏東教授團隊發(fā)表在國際藻類學(xué)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,。本研究利用常壓室溫等離子體誘變（ARTP）和高通量微生物微滴培養(yǎng)的集成系統(tǒng)（MMC），快速篩選出高蛋白質(zhì)的蛋白核小球藻突變株,，為異養(yǎng)發(fā)酵生產(chǎn)替代蛋白質(zhì)提供了有希望的候選菌,。
隨著全球人口的增長，對食物的需求也在增加,，這加劇了在耕地減少和對傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)的倫理擔憂中尋找新蛋白質(zhì)來源的需求,。微藻作為一種有前途的替代蛋白質(zhì)來源，富含蛋白質(zhì),、氨基酸,、多不飽和脂肪酸（PUFAs）、維生素和礦物質(zhì),。然而,，在異養(yǎng)培養(yǎng)條件下,，由于光合作用依賴的蛋白質(zhì)合成減少，微藻通常表現(xiàn)出較低的蛋白質(zhì)含量（<40% 干重）,，限制了其作為替代蛋白質(zhì)來源的潛力。為了克服這些挑戰(zhàn),，開發(fā)具有天然高蛋白質(zhì)含量的新型微藻菌株對于通過異養(yǎng)發(fā)酵高效大規(guī)模生產(chǎn)蛋白質(zhì)至關(guān)重要,。
研究人員前期利用ARTP誘變獲得金黃色蛋白核小球藻A4-1為出發(fā)藻株，進行新一輪的ARTP誘變,，輻照15秒后,，轉(zhuǎn)移至搖瓶培養(yǎng)。將處于對數(shù)生長期的細胞稀釋至OD450nm值為0.6-0.8,，轉(zhuǎn)移至MMC系統(tǒng)進行進一步培養(yǎng),。
在MMC體系中，初始生成50個液滴,，每一代運行時間在24-46小時,，實時檢測液滴在450 nm處的吸光值，表征藻株生長情況,。經(jīng)過三輪培養(yǎng),，篩選出長勢好的液滴（第28號液滴）。整個實驗流程僅耗時116小時,，相較于傳統(tǒng)平板體系有著較大的提升（圖 2A）,。將液滴進行單克隆分選，得到23株菌,，選取其中4株（MMC-1,、7、8和11）生長速率或者生物量濃度較高的進行后續(xù)的分析（圖 2B）,。
在250 mL搖瓶中培養(yǎng)的四個選定突變體（MMC-1,、7、8,、11）的細胞生長和生物量產(chǎn)量如圖 3A所示,。所有突變體的生長模式與A4-1藻株相似，均經(jīng)歷了初始滯后期,，隨后迅速進入指數(shù)生長期,。MMC-7達到了最高的生物量濃度8.21 g/L，比A4-1菌株的7.57 g/L高出8.49%（p < 0.05）,。同時所有四個突變體在視覺上都呈現(xiàn)出與A4-1藻株相似的金黃色,，未檢出葉綠素b，葉綠素a僅占野生型（WT）的1%（圖 3B）,。
生化成分分析顯示,，在四個突變體中,，蛋白質(zhì)含量增加了12%至40%（圖 4）。MMC-8突變體顯示出了最高的蛋白質(zhì)含量（63.26%干重）和低的淀粉含量（8.59%干重）,，比出發(fā)藻株A4-1分別增加了40.11%和減少了56.24%,。此外，MMC-8在蛋白質(zhì)質(zhì)量上也表現(xiàn)出色,，其氨基酸含量（44.35%干重）和評分（95）均高于A4-1,。
本研究展示了ARTP-MMC系統(tǒng)作為一種強大的高通量篩選平臺的潛力，不僅提高了蛋白質(zhì)的合成效率,，還減少了淀粉含量,，使得碳分配向蛋白質(zhì)合成方向傾斜，對于提高生物蛋白質(zhì)生產(chǎn)效率和可持續(xù)性具有重要意義,。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.algal.2024.103509
3