今回は華南理工大学食品科学・工学部の魏東教授チームが国際藻類学ジャーナル「Algal Research」に発表した記事をお勧めします。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。本研究は常圧室温プラズマ変異（ARTP）と高スループット微生物微小滴培養の集積システム（MMC）を利用して、高蛋白質の蛋白核クロレラ変異株を迅速に選別し、異養発酵に代替蛋白質の生産に有望な候補菌を提供した。

世界人口の増加に伴い、食料への需要も増加しており、耕地の減少や伝統的な肉類生産への倫理的懸念の中で新たなタンパク質源を探す需要が高まっている。微細藻はタンパク質、アミノ酸、多不飽和脂肪酸（PUFAs）、ビタミン、ミネラルを豊富に含む有望な代替タンパク質源として知られている。しかし、異養培養条件下では、光合成依存性蛋白質合成が減少するため、微細藻は通常低い蛋白質含有量（<40%乾燥重量）を示し、代替蛋白質源としての潜在力を制限している。これらの課題を克服するために、天然高タンパク質含有量を有する新規微細藻菌株の開発は、異養発酵による高効率なタンパク質の大規模生産にとって重要である。

研究者は前期にARTP変異誘発を用いて黄色蛋白核クロレラA 4-1を出発藻株として獲得し、新たなARTP変異を行い、照射15秒後、フラスコ培養に移した。対数成長期にある細胞をOD 450 nm値0.6−0.8に希釈し、MMCシステムに移行して更なる培養を行った。

MMCシステムでは、50個の液滴が初期生成され、各世代の運転時間は24 ~ 46時間で、液滴の450 nmでの吸光値をリアルタイムで検出し、藻株の成長状況を特徴づける。三輪培養を経て、伸びの良い液滴（第28号液滴）をスクリーニングした。実験フロー全体に116時間しかかからず、従来の平板系に比べて大きな向上が見られた（図2 A）。液滴をモノクローナルに選別し、23株の菌を得て、そのうち4株（MMC-1、7、8、11）の成長速度またはバイオマス濃度が高いものを選んで後続の分析を行った（図2 B）。

250 mLフラスコ中で培養した4つの選択された変異体（MMC−1、7、8、11）の細胞増殖とバイオマス収量を図3 Aに示す。すべての突然変異体の成長パターンはA 4-1藻株と類似しており、いずれも初期遅延期を経て、その後急速に指数成長期に入った。MMC-7は最高のバイオマス濃度8.21 g/Lに達し、A 4-1菌株の7.57 g/Lより8.49%（p<0.05）高かった。同時に、4つの変異体はすべてA 4-1藻株に似た黄金色を視覚的に呈し、クロロフィルbは検出されず、クロロフィルaは野生型（WT）の1%にすぎない（図3 B）。

生化学成分分析によると、4つの変異体のうち、タンパク質含有量は12%〜40%増加した（図4）。MMC-8変異体は最高の蛋白質含有量（63.26%乾燥重量）と低いデンプン含有量（8.59%乾燥重量）を示し、出発藻株A 4-1よりそれぞれ40.11%増加し、56.24%減少した。また、MMC-8は蛋白質の品質にも優れており、アミノ酸含有量（44.35%乾燥重量）とスコア（95）はいずれもA 4-1より高かった。

本研究は強力な高フラックススクリーニングプラットフォームとしてのARTP-MMCシステムの潜在力を示し、蛋白質の合成効率を高めるだけでなく、デンプン含有量を減少させ、炭素分配を蛋白質合成方向に傾斜させ、生物蛋白質生産効率と持続可能性を高めるために重要な意義がある。

論文リンク：https://doi.org/10.1016/j.algal.2024.103509