本期為您推薦清華大學化工系生物育種技術(shù)與裝備團隊和江南大學糧食發(fā)酵與食品生物制造國家工程研究中心白仲虎團隊發(fā)表在代謝工程領域國際知名期刊 Metabolic Engineering 的文章：“CRISPRi-microfluidics screening enables genome-scale target identification for high-titer protein production and secretion”，論文通訊作者為清華大學張翀和江南大學劉秀霞。文章通過建立全基因組規(guī)模CRISPRi文庫，結(jié)合高通量的分泌蛋白表征技術(shù)和液滴微流控篩選平臺（DREM cell），在谷氨酸棒桿菌中繪制了蛋白分泌的基因型-表型關(guān)聯(lián)圖譜，系統(tǒng)地揭示了其基因組中能夠用于改善分泌蛋白生產(chǎn)的基因位點，并最終指導構(gòu)建了高效分泌重組蛋白的底盤菌株。
Fig. 1. Schematic overview of the CRISPRi-microfluidics screen
谷氨酸棒桿菌因其安全（無內(nèi)毒素）、高細胞密度培養(yǎng)和出色的蛋白質(zhì)分泌能力，已廣泛應用于重組藥物蛋白的生產(chǎn)。全基因組規(guī)模評價有望指導高產(chǎn)重組蛋白的微生物細胞工廠構(gòu)建，但由于不僅需要全面的基因型干擾，還需要高通量表型篩選策略，仍存在挑戰(zhàn)。
在這項研究中，研究團隊構(gòu)建了谷氨酸棒桿菌基因組規(guī)模的CRISPRi文庫，并開發(fā)了基于雙砷-四半胱氨酸反應和皮升級液滴微流控分選平臺（DREM cell）的重組蛋白高通量篩選模型，通量可達到>105個單細胞/天。
Fig. 2. Procedure for screening high-producing strains in microfluidic droplets
以納米抗體VHH作為模式分泌蛋白，使用建立的模型對文庫中超過50萬個單細胞進行高通量篩選，通過多輪篩選富集了大量高產(chǎn)菌株。許多以前未知的基因被確定為在多種細胞過程中發(fā)揮作用的有益靶點，包括跨膜轉(zhuǎn)運、氨基酸代謝和氧化還原調(diào)節(jié)。通過氧還轉(zhuǎn)錄因子 CosR 和 RshA 的組合敲除獲得了VHH產(chǎn)量提高2.78倍的底盤菌株。
由于 CRISPR 技術(shù)和基于雙砷-四半胱氨酸反應的液滴微流控篩選平臺的普適性，該研究中的“CRISPRi-微流控篩選”平臺未來或被廣泛應用于各種原核宿主和不同蛋白的分析，助力下一代微生物蛋白細胞工廠的創(chuàng)制。
Fig. 3. FlAsH-driven FADS-enriched high-producing strains
Fig. 4. Genome-wide identification of beneficial gene targets for the production/secretion of r-proteins
論文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.ymben.2022.12.004
本期為您推薦清華大學化工系生物育種技術(shù)與裝備團隊和江南大學糧食發(fā)酵與食品生物制造國家工程研究中心白仲虎團隊發(fā)表在代謝工程領域國際知名期刊 Metabolic Engineering 的文章：“CRISPRi-microfluidics screening enables genome-scale target identification for high-titer protein production and secretion”，論文通訊作者為清華大學張翀和江南大學劉秀霞。文章通過建立全基因組規(guī)模CRISPRi文庫，結(jié)合高通量的分泌蛋白表征技術(shù)和液滴微流控篩選平臺（DREM cell），在谷氨酸棒桿菌中繪制了蛋白分泌的基因型-表型關(guān)聯(lián)圖譜，系統(tǒng)地揭示了其基因組中能夠用于改善分泌蛋白生產(chǎn)的基因位點，并最終指導構(gòu)建了高效分泌重組蛋白的底盤菌株。
Fig. 1. Schematic overview of the CRISPRi-microfluidics screen
谷氨酸棒桿菌因其安全（無內(nèi)毒素）、高細胞密度培養(yǎng)和出色的蛋白質(zhì)分泌能力，已廣泛應用于重組藥物蛋白的生產(chǎn)。全基因組規(guī)模評價有望指導高產(chǎn)重組蛋白的微生物細胞工廠構(gòu)建，但由于不僅需要全面的基因型干擾，還需要高通量表型篩選策略，仍存在挑戰(zhàn)。
在這項研究中，研究團隊構(gòu)建了谷氨酸棒桿菌基因組規(guī)模的CRISPRi文庫，并開發(fā)了基于雙砷-四半胱氨酸反應和皮升級液滴微流控分選平臺（DREM cell）的重組蛋白高通量篩選模型，通量可達到>105個單細胞/天。
Fig. 2. Procedure for screening high-producing strains in microfluidic droplets
以納米抗體VHH作為模式分泌蛋白，使用建立的模型對文庫中超過50萬個單細胞進行高通量篩選，通過多輪篩選富集了大量高產(chǎn)菌株。許多以前未知的基因被確定為在多種細胞過程中發(fā)揮作用的有益靶點，包括跨膜轉(zhuǎn)運、氨基酸代謝和氧化還原調(diào)節(jié)。通過氧還轉(zhuǎn)錄因子 CosR 和 RshA 的組合敲除獲得了VHH產(chǎn)量提高2.78倍的底盤菌株。
由于 CRISPR 技術(shù)和基于雙砷-四半胱氨酸反應的液滴微流控篩選平臺的普適性，該研究中的“CRISPRi-微流控篩選”平臺未來或被廣泛應用于各種原核宿主和不同蛋白的分析，助力下一代微生物蛋白細胞工廠的創(chuàng)制。
Fig. 3. FlAsH-driven FADS-enriched high-producing strains
Fig. 4. Genome-wide identification of beneficial gene targets for the production/secretion of r-proteins
論文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.ymben.2022.12.004
