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食品分野：

変異誘発育種器と適応性進化器の組み合わせによる生合成の新効率の達成

クロストリジウム・ブチレートがグリセリン生物を1,3−プロパンジオール（1,3−PD）に変換する効率は、多くのストレス源（特に基質としてグリセリン、最終生成物として1,3−PD、副生成物として酪酸）に対する低い耐性に制限され、最終的には1,3−PDの生産量を低下させる。広州大学の斉向輝教授チームは天木生物のARTP変異誘発育種器とMMC適応進化器を通じて酪酸クロストリジウムの刺激源に対応する耐性と1、3-PDの生産能力を高め、酪酸クロストリジウムの合成生産量のボトルネックを効率的に突破した。

本研究は大気室温プラズマ（ARTP）による野生菌株の変異誘発により160 g/Lグリセリンに対して最大の耐性を持つ菌群を得たが、微生物微小滴培養システム（MMC）に基づく適応実験室進化（ALE）により100 g/L 1,3-PDに対して2番目の耐性を持つ菌群を育成した。その後、2つの菌群をゲノムシャッフルすることにより、最終的にGJH-418菌株を得て、それは60.12 g/L 1、3-PDを生成することができて、収率は1.72 g/L hである。突然変異株と野生菌株の転写分析により、8つの遺伝子が発現の上方修正または下方修正によって高耐性と高1、3-PD収量の制御に関与する可能性があることが明らかになった。

ARTP及びMMCに基づくクロストリジウム・ブチラーゼ適応進化ワークフロー図

医薬分野：
遺伝子工学+適応性進化：エタノール耐性によるポリ−2−ヒドロキシこはく酸産生の新経路

酵母類真菌ポリ球芽胞酵母から産生されるポリ−2−ヒドロキシブタン二酸（P 2 HBD）は新規な水溶性ポリヒドロキシ酸であり、生物材料と生物医学分野に潜在的な応用がある。一般に、グルコースを炭素源とする有酸素P 2 HBD発酵は、ピルビン酸脱カルボキシルによりアセチルコエンザイムAを生成し、炭素損失（二酸化炭素放出）をもたらす。糖類と比較して、発酵不可基質エタノールは炭素原子当たりのより高い還元度とより短いアセチル補酵素A生成経路を示した。

エタノール酸化からP 2 HBD合成へのモジュール化組立戦略。青色背景はエタノール酸化モジュール（モジュールI）

紫色背景はアセトアルデヒド酸分流モジュール（モジュールII）、オレンジ色背景は糖異生経路モジュール（モジュールIII）

西南大学鄒祥教授チームはエタノールを一炭素源として駆動するP 2 HBD炭素経済生合成を検討した。まず、エタノールは生合成メカニズムによってP 2 HBDに効率的に変換でき、転写因子Cat 8を特異的に活性化することによってポリ球芽胞酵母中のアセトアルデヒド酸分流を制御できることが分かった。エタノールストレス下の転写グループの分析に基づいて、エタノール酸化、アセトアルデヒド酸分流と糖異生経路の3つのモジュールを平衡化するためのモジュール化組立戦略を設計し、プロモーター工程を通じて正確な制御を実現した。また、MMCシステムを通じて適応性進化戦略を実現し、エタノール耐性を高め、菌株をより高い濃度に適応させ、より多くの産物を転化させることができるようにした。この共発現菌株はエタノールを基質とした場合に相当な収量を示した。

最終的に突然変異株EGG 47を得て、5リットルの発酵タンクの中で、静止細胞発酵はP 2 HBDの滴下率と生産率の相当性を実現して、それぞれ66.7±0.77 g/Lと0.87 g/gエタノールである。研究結果は第3世代バイオ精製工場のエタノール基質からバイオポリマーと化学品への炭素経済の転換に新たな知見を提供した。

液滴成長曲線とMMCシステムにおけるエタノール濃度変化の関係図

アミノ酸/ポリペプチド領域：

高収量チロシン菌株の低pH馴化による工業化潜在力の向上

L−チロシンは芳香族非必須アミノ酸であり、レボドーパ、レスベラトロール、ヒドロキシチロシオールなど多くの重要な化学製品の原料である。それは食品、製薬、化学工業業界で広く応用されている。微生物によるL−チロシンの合成に関する多くの研究がなされているが、その低濃度特性は工業化による大規模な生産を制限している。

大腸菌中のL-チロシンの生産量を高めるために、江南大学の周哲敏教授チームはシジミ酸経路中の重要な酵素の発現レベルを上方修正または下方修正した。L−チロシン輸送システムと酢酸生合成経路を改良することにより、生産量をさらに向上させた。また、補助因子工学と結合してホスファターゼ経路を導入し、炭素フラックスをシキミ酸経路に導く。

グルコースからL-チロシンを生合成する

最終的に、適応性実験室を経て低pH環境に適応するように進化した後、優菌株を獲得した。この菌株は62時間以内に5リットルの発酵槽中で92.5グラム/リットルのL-チロシンを生産することができ、収率は0.266グラム/グラムのグルコースである。

適応進化後の菌株の異なるpHでの成長状況とL-チロシン蓄積量

酒造分野：

醸造酵母の新しい選別戦略、酒液の風味と品質が新たに突破

中国の白酒固体発酵過程で発生する高濃度乳酸は、醸造酵母の成長代謝を抑制し、酒液の風味と品質に影響を与える。南昌大学の付桂明教授チームは、大気室温和プラズマ（ARTP）と自動高フラックス微生物微小滴培養システム（MMC）を組み合わせ、高濃度乳酸に耐性のある醸造酵母株を選別した。

異なる乳酸濃度における突然変異株の適応進化結果

実験結果により、4%乳酸ストレス条件下で、3種類の耐乳酸菌株の成長速度、細胞完全性、エタノール生産能力及び揮発性香気成分含有量はいずれも原始菌株NCUF 309.5より顕著に優れている。特に注目すべきは、ARTP処理を経てMMC適応性実験室の進化と結合して得られたNCUF 309.5-44菌株は、4%乳酸ストレス下で24時間後にOD値が93.65%上昇し、エタノール含有量が2.29倍増加し、10回の連続継代を経ても安定していることである。また、その揮発性化合物の含有量は60.69%上昇した。以上より、本研究は耐乳酸酒造酵母の開発に新しいスクリーニング戦略を提供し、固体白酒発酵用微生物の選択育成に重要な基礎を築いた。

微生物資源の掘削：

液滴培養システムは微生物培養を革新し、微生物資源の掘削を支援する

純細菌培養物は微生物培養グループ学の研究にとって極めて重要である。固体平板、微孔板及びマイクロリアクターに基づく従来の方法は操作の煩雑さと流量の低さに制限され、微生物培養グループ学研究の急速な進展を阻害した。

これらの課題に対応するため、清華大学の張翀教授チームは、液滴マイクロフロー制御技術を用いた微生物モノクローナル分離、培養、スクリーニングの自動化された高スループットプラットフォームである単細胞マイクロアップグレード液滴培養グループ学システム（MISS cell）の開発に成功した。このシステムは短時間で大量の単細胞液滴を生成し、モノクローナルコロニーを培養、スクリーニング、収集することができ、微生物分離から選択までの一体化プロセスを実現した。

本方案では、ヒト腸管微生物群の分離と培養を例にこのシステムの応用を示し、固体平板培養法と微生物分離効率、モノクローナル培養性能とスクリーニングフラックスの面で比較した。実験の流れは簡単で、試薬の消費は極めて低い。固体平板培養法と比べて、MISS cellはより多様な腸管微生物種を育成することができ、微生物培養グループ学研究に巨大な潜在力と価値を提供した。

MISS細胞における腸管微生物のモノクローナル分離と培養結果

（A）腸管微生物群の分離、培養及び同定のためのワークフローチャート

（B、D）腸管微生物群分離培養により得られたモノクローナルコロニーの科レベル分析

（C、E）腸管微生物群分離培養により得られたモノクローナルコロニーのレベル解析

酵素工学分野：

マイクロフロー制御技術は酵素活性と安定性の画期的な改良をもたらす

D-アロケトン糖は低カロリー希少ケトヘキシル糖であり、血糖降下、抗酸化などの生理機能を持ち、食品と医薬分野で人気の代替甘味料である。その生合成はケトース3−差動異性酵素（KEases）に依存するが、既存の酵素は触媒効率が低く、安定性が悪いなどの問題があり、工業生産と応用を制限し、触媒効率がより高く、安定性がより強いKEasesの開発が急がれる。従来のスクリーニング方法（クロマトグラフィー分析、微多孔板スクリーニングなど）は効率が低く、超高フラックス変異体ライブラリのスクリーニングニーズを満たすことが困難である。

天津科学技術大学の秦慧民教授チームは構造指導の理性的な設計と方向進化に基づいて、D-アロケトン糖3-差動異性酵素（SfDAE）を改造し、約200万個の突然変異体を含む突然変異バンクを構築し、天木生物の液滴微小流量制御選別プラットフォームDREM cellを用いてD-アロケトン糖応答転写調節因子の遺伝コード生物センサーを結合し、D-アロケトン糖生成量をリアルタイムでモニタリングし、高収量菌株を選別して獲得し、培養を拡大した後に酵素活検査を行う。

多ラウンドFADSの選別を経て、最終的に変異体M 3-2を同定し、その触媒効率は野生型SfDAEより17倍向上した。変異体M 3−2は、D−フルクトース異性化がD−アロケトン糖になる反応において、より高い触媒効率と熱安定性を示す。

DAEase変異体ライブラリーの構築及び液滴に基づくマイクロフロー制御スクリーニングフロー及び高効率液体クロマトグラフィーを用いたDAEase活性検出
天木生物は、システム革新が無限の可能性をもたらすと常に信じている！私たちは液滴マイクロフロー制御技術を深く耕し、精密な国産科学機器を作るためだけでなく、生命科学の最前線で奮闘する科学研究者一人一人に「利器」を提供するために、あなたがより迅速に選別し、より優れた育成を支援し、基礎研究から産業応用までの飛躍を共同で推進します。

この成果のまとめは始まりにすぎません。次に、垂直領域ごとに不定期に深く掘り下げ、詳細に共有し、解読していきます。

1、定期刊行物に発表された研究はどのように私たちの設備を利用して実現されたのですか。

2、酵素工学、抗体薬物開発、工業菌株スクリーニングなどの分野で、マイクロ液滴技術はいったいどのような重要な痛み点を解決したのか。

3、当社のお客様はどのような独自の実験設計と成功経験を共有できますか。

素晴らしいものが続々と来ています。引き続きご注目ください。もしあなたがどの特定の分野の応用に特に興味があるならば、私たちのコメントエリアにコメントして教えてください。あなたの関心は私たちの次のテーマの重要な参考になります！

天木生物高スループット菌種選択培養プラットフォームについて

高スループット菌種プラットフォームは絶えず反復することができ、新原料、新技術の要求或いは更なる効率/品質向上の目標に対して、迅速に新世代の改良菌株を開発し、技術と製品競争力を維持する。

私たちについて

天木生物は生物育種分野の器械装備の開発と応用に集中し、高効率な突然変異技術と高スループットスクリーニング技術を通じて、産業伝統菌種の開発モデルを改造し、生物製造産業の質を高め、効果を高め、我が国の生物産業の核心競争力を高めることに力を入れている。業界の「細胞と菌種の開発と選別効率が低い」、「関連装備コストが高い」、「産業化の着地が困難」などの難題に優れた解決策を提供することに力を入れている。