微生物微液滴培养系统

1、微生物微液滴培养系统：一个微生物自动化、高通量培养和适应性进化的集成平台本期为您推荐清华大学化学工程系生物化工研究所，洛阳华清天木生物科技有限公司邢新会研究团队发表在BiotechnologyandBioengineering上的一篇文章，原文题目为：Microbialmicrodropletculturesystem(MMC):Anintegratedplatformforautomated,high-throughputmicrobialcultivationandadaptiveevolution.文章摘要内容如下：微生物的培养是微生物学研究的基础，是微生物分离、鉴定、筛选和进化的必要条

2、件。传统的实验室培养方法包括摇瓶、孔板和培养皿，然而这些方法都是典型的劳动密集型，通量低，平行性差，导致效率低下。目前，对微生物培养系统的小型化和平行化的研究已转变为微型生物反应器的功能研究。随着自动化、模块化的微生物细胞微培养系统的发展，特别是采用液滴微流体的微培养系统，因其高通量、高平行性及高效的培养能力而备受关注。本研究开发了微生物微液滴培养系统(MicrobialMicrodropletCulturesystem，MMC),它是一个用于微生物自动化高通量培养和微生物适应性进化的集成平台。研究者可在200个2微升的平行液滴中进行自动化，高通量的微生物培养和适应性进化研究。还开发了一种新的

3、样品注射方法，利用定制的试剂瓶，防止其他微生物的污染，且更容易清洗。已证明MMC对于液滴的操作和检测具有准确和可重复性。通过研究比较6种微生物菌株在MMC、摇瓶或孔板中的生长曲线，验证了MMC在微生物细胞培养方面的优越性。6种微生物细胞系的最高初生长率是使用MMC获得的。另外在MMC中对一株产甲醇的大肠杆菌菌株进行了18天的适应性进化，获得了两株比亲本株生长速度更快的菌株。本研究证明了MMC的强大功能，为自动化、高通量微生物培养和适应性进化提供了一种高效、可靠的方法。文章精彩内容如下：ThogroupofpumpsnandvalvestviXIhegrouplcfrwgem；botttesTh

4、echipofdropletmanipuilatlon旧欧Thpr*ragl1iQHitdtiplrirhiArdrapbit詔_Q血kccminaiEtwir8-17F-IIIIIIIifThetubeofrmicrobialCuttivation；:!:!FIGURE1Schematicdepictionofthemicrobialmicrodropletculturesystem（MMC）.（a）TheintegratedframeworkforMMC.（b）Methodforsampleinjection.（c）Schematicoftherecognitionofdroplets.（

5、d）Schematicofthemonitoringofmicroorganismsindroplets.（e）Schematicofthestructureofthequickconnectorandthegasexchangeindroplets.图1MMC结构示意图。（a）MMC的集成框架。（b）进样方式。（c）液滴识别原理示意图。（d）液滴中微生物生长情况监测。（e）快接头结构和液滴中气体交换示意图。DmoplETheflkiwrfoilphscofwlph?iIIW5tPD*血來afterThal*1ovr-of曲phflM（e）SortingofdropletsEcLognilHn

6、sMa疵drapWj（b）Cultivationofdroplets0,1igtit-ngldpipellfieOiemlcfllfactorEledrofttCuttunmediumiopklIMMiharingio4growth（d）Fusionofdropletsirfefl-rfdrplels（Xe社创伽忡r*CLilturamedium,Fthuindraplrt（日）GenerationofdropletsoniUpAIKlork（C）SplittingofdropletsR*criitH?nbit*时draplakssitnofdraphtssiteufdr-opklsFIGUR

7、E2Schematicoftheoperationsusedtomanipulatedropletsonthechip.（a）Generationofdroplets.（b）Cultivationofdroplets（.c）Splittingofdroplets（.d）Fusionofdroplets（.e）Sortingofdroplets.Theselecteddropletproceedstothetubeformicrobialcultivationandtheunselecteddropletgoestothewaste.图2芯片上液滴操作示意图。（a）液滴生成。（b）液滴培养。（c

8、）液滴分割。（d）液滴融合。（e）液滴分选。选定的液滴会进入微生物培养管道（thetubeofmicrobialcultivation）,未选定的液滴被排到废液瓶。En-noOLI-口uoleJcQolloo900%BO0%70.0%60.0%50.0%40.0%30.0%20.0%10.0%0.0%41.8%32.0*%21,7%1051.9%13JVo60NumberofDropletConcentrationofInoculumFIGURE3Characterizationoftheaccuracyandreproducibilityofinoculationinmicrobialmic

9、rodropletculturesystem(MMC).(a)Plotillustratingthemeasurementoftheconcentrationofinoculumfromsevenexperimentalgroups.(b)Thecoefficientofvariation(C.V.)of50dropletsineachexperimentalgroupin(a).图3MMC接种操作的精确性和稳定性表征。(a)图示来自七个实验组的不同接种物浓度的测定。(b)(a)中每个实验组中50个液滴接种物浓度的变异系数。TABLE1ComparisonofthemaximumspecificgrowthratespmaxandOD600inthestationaryphaseofsixstrains表1比较六个菌株在稳定期的最大生长速率和OD600Time/dTt-n?/hFIGURE5ResultsoftheadaptiveevolutionofMeSV2.2inmicrobialmicrodropletculturesystem（MMC）.（a）GrowthcurvesforMe