本期為您推薦天津科技大學(xué)路福平教授、秦慧民教授研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在Angewandte Chemie（IF=16.823）上的一篇文章：Substantial Improvement of an Epimerase for the Synthesis of D-Allulose by Biosensor-Based High-Throughput Microdroplet Screening. 該研究構(gòu)建了基于液滴微流控（DREM cell）的超高通量篩選平臺(tái)，并與D-阿洛酮糖生物傳感器相結(jié)合，用于酮糖3-差向異構(gòu)酶（KEases）的定向進(jìn)化[1]。
阿洛酮糖被廣泛認(rèn)為是一種有前景的功能性成分，具有多種有益的生理功能。作為一種低熱量的稀少糖，D-阿洛酮糖的甜度為蔗糖的70%，但由于其生物利用率有限，使其血糖指數(shù)和卡路里含量顯著降低，而成為食品制造中公認(rèn)安全的糖替代品。D-阿洛酮糖還具有抗高血糖、神經(jīng)保護(hù)、抗動(dòng)脈粥樣硬化、降低血脂水平和清除活性氧等多種有益的生理功能。D-阿洛酮糖能夠通過(guò)KEases催化合成，但其催化性能限制了其廣泛的應(yīng)用。
基于平板的篩選模式通常耗時(shí)且效率低下，因此開(kāi)發(fā)高效的篩選策略以加速定向進(jìn)化過(guò)程具有重要的意義，基于微流控芯片產(chǎn)生的單分散微液滴的單細(xì)胞評(píng)價(jià)已被證明是尋找高性能酶的有效超高通量策略，對(duì)獲得具有所需性質(zhì)的目標(biāo)酶至關(guān)重要。微液滴中單細(xì)胞的分散可以將基因型與細(xì)胞外靶分子關(guān)聯(lián)，使得從大規(guī)模文庫(kù)中富集所需的突變體成為可能，并將篩選所需的時(shí)間和成本減少幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
在本研究中，利用響應(yīng)D-阿洛酮糖的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一種遺傳編碼生物傳感器，來(lái)對(duì)D-阿洛酮糖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?；谠揇-阿洛酮糖生物傳感器進(jìn)一步構(gòu)建了基于液滴微流控的超高通量篩選平臺(tái)，用于KEases的定向進(jìn)化。對(duì)費(fèi)氏中華根瘤菌來(lái)源的D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶（SfDAE）的結(jié)構(gòu)分析揭示了高度靈活的螺旋/環(huán)區(qū)域，該結(jié)構(gòu)暴露或遮擋了催化中心，作為調(diào)節(jié)底物識(shí)別的蓋子結(jié)構(gòu)。基于結(jié)構(gòu)指導(dǎo)的理性設(shè)計(jì)和定向進(jìn)化，結(jié)合所搭建的微液滴篩選平臺(tái)，本研究對(duì)SfDAE進(jìn)行了定向功能改造，其中獲得的突變體M3-2的催化效率提高了17倍。本研究為基于生物傳感器的微液滴高通量篩選平臺(tái)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了一個(gè)范例。（本研究所采用的微流控技術(shù)平臺(tái)由天木生物團(tuán)隊(duì)提供）
Figure 2. Droplet-based microfluidic screening platform developed for the directed evolution of DAEase.
Figure 3. Demonstration of the droplet-based microfluidic screening platform.
[1]Li, C., Gao, X., Qi, H., Zhang, W., Li, L., Wei, C., Wei, M., Sun, X., Wang, S., Wang, L., Ji, Y., Mao, S., Zhu, Z., Tanokura, M., Lu, F. and Qin, H. (2023), Substantial Improvement of an Epimerase for the Synthesis of D-Allulose by Biosensor-Based High-Throughput Microdroplet Screening. Angew. Chem. Int. Ed.. Accepted Author Manuscript.
論文鏈接:
https://doi.org/10.1002/anie.202216721
背景信息
研究團(tuán)隊(duì)所使用的液滴微流控細(xì)胞分選儀（DREM cell）是天木生物基于液滴微流控技術(shù)開(kāi)發(fā)的皮升級(jí)液滴微流控單細(xì)胞分選平臺(tái)，可將待篩選細(xì)胞進(jìn)行包被形成單細(xì)胞微液滴，結(jié)合熒光篩選模型，可以在細(xì)胞水平完成微生物的高通量分離、培養(yǎng)、檢測(cè)、分選等。
▲圖丨液滴微流控細(xì)胞分選儀（來(lái)源：天木生物）
高通量皮升級(jí)液滴單細(xì)胞分選系統(tǒng)（DREM cell）相比于傳統(tǒng)篩選方法，篩選效率可提升1萬(wàn)倍，試劑消耗量可下降至百萬(wàn)分之一，在篩選通量顯著提升的同時(shí)，單克隆篩選成本大幅度降低。該儀器不僅可廣泛應(yīng)用于細(xì)菌、酵母、動(dòng)物細(xì)胞等的高通量篩選，還可以應(yīng)用于蛋白、核酸、抗體等生物大分子篩選等相關(guān)研究領(lǐng)域。
本期為您推薦天津科技大學(xué)路福平教授、秦慧民教授研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在Angewandte Chemie（IF=16.823）上的一篇文章：Substantial Improvement of an Epimerase for the Synthesis of D-Allulose by Biosensor-Based High-Throughput Microdroplet Screening. 該研究構(gòu)建了基于液滴微流控（DREM cell）的超高通量篩選平臺(tái)，并與D-阿洛酮糖生物傳感器相結(jié)合，用于酮糖3-差向異構(gòu)酶（KEases）的定向進(jìn)化[1]。
阿洛酮糖被廣泛認(rèn)為是一種有前景的功能性成分，具有多種有益的生理功能。作為一種低熱量的稀少糖，D-阿洛酮糖的甜度為蔗糖的70%，但由于其生物利用率有限，使其血糖指數(shù)和卡路里含量顯著降低，而成為食品制造中公認(rèn)安全的糖替代品。D-阿洛酮糖還具有抗高血糖、神經(jīng)保護(hù)、抗動(dòng)脈粥樣硬化、降低血脂水平和清除活性氧等多種有益的生理功能。D-阿洛酮糖能夠通過(guò)KEases催化合成，但其催化性能限制了其廣泛的應(yīng)用。
基于平板的篩選模式通常耗時(shí)且效率低下，因此開(kāi)發(fā)高效的篩選策略以加速定向進(jìn)化過(guò)程具有重要的意義，基于微流控芯片產(chǎn)生的單分散微液滴的單細(xì)胞評(píng)價(jià)已被證明是尋找高性能酶的有效超高通量策略，對(duì)獲得具有所需性質(zhì)的目標(biāo)酶至關(guān)重要。微液滴中單細(xì)胞的分散可以將基因型與細(xì)胞外靶分子關(guān)聯(lián)，使得從大規(guī)模文庫(kù)中富集所需的突變體成為可能，并將篩選所需的時(shí)間和成本減少幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
在本研究中，利用響應(yīng)D-阿洛酮糖的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一種遺傳編碼生物傳感器，來(lái)對(duì)D-阿洛酮糖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?；谠揇-阿洛酮糖生物傳感器進(jìn)一步構(gòu)建了基于液滴微流控的超高通量篩選平臺(tái)，用于KEases的定向進(jìn)化。對(duì)費(fèi)氏中華根瘤菌來(lái)源的D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶（SfDAE）的結(jié)構(gòu)分析揭示了高度靈活的螺旋/環(huán)區(qū)域，該結(jié)構(gòu)暴露或遮擋了催化中心，作為調(diào)節(jié)底物識(shí)別的蓋子結(jié)構(gòu)?；诮Y(jié)構(gòu)指導(dǎo)的理性設(shè)計(jì)和定向進(jìn)化，結(jié)合所搭建的微液滴篩選平臺(tái)，本研究對(duì)SfDAE進(jìn)行了定向功能改造，其中獲得的突變體M3-2的催化效率提高了17倍。本研究為基于生物傳感器的微液滴高通量篩選平臺(tái)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了一個(gè)范例。（本研究所采用的微流控技術(shù)平臺(tái)由天木生物團(tuán)隊(duì)提供）
Figure 2. Droplet-based microfluidic screening platform developed for the directed evolution of DAEase.
Figure 3. Demonstration of the droplet-based microfluidic screening platform.
[1]Li, C., Gao, X., Qi, H., Zhang, W., Li, L., Wei, C., Wei, M., Sun, X., Wang, S., Wang, L., Ji, Y., Mao, S., Zhu, Z., Tanokura, M., Lu, F. and Qin, H. (2023), Substantial Improvement of an Epimerase for the Synthesis of D-Allulose by Biosensor-Based High-Throughput Microdroplet Screening. Angew. Chem. Int. Ed.. Accepted Author Manuscript.
論文鏈接:
https://doi.org/10.1002/anie.202216721
背景信息
研究團(tuán)隊(duì)所使用的液滴微流控細(xì)胞分選儀（DREM cell）是天木生物基于液滴微流控技術(shù)開(kāi)發(fā)的皮升級(jí)液滴微流控單細(xì)胞分選平臺(tái)，可將待篩選細(xì)胞進(jìn)行包被形成單細(xì)胞微液滴，結(jié)合熒光篩選模型，可以在細(xì)胞水平完成微生物的高通量分離、培養(yǎng)、檢測(cè)、分選等。
▲圖丨液滴微流控細(xì)胞分選儀（來(lái)源：天木生物）
高通量皮升級(jí)液滴單細(xì)胞分選系統(tǒng)（DREM cell）相比于傳統(tǒng)篩選方法，篩選效率可提升1萬(wàn)倍，試劑消耗量可下降至百萬(wàn)分之一，在篩選通量顯著提升的同時(shí)，單克隆篩選成本大幅度降低。該儀器不僅可廣泛應(yīng)用于細(xì)菌、酵母、動(dòng)物細(xì)胞等的高通量篩選，還可以應(yīng)用于蛋白、核酸、抗體等生物大分子篩選等相關(guān)研究領(lǐng)域。
