Das High-Flow-Sortenscreening-Optimierungssystem wird hauptsächlich für das Screening und die Optimierung von mikrobiellen Stämmen durch effiziente automatisierte Methoden verwendet, insbesondere in den Bereichen der industriellen mikrobiellen Fermentation, der Arzneimittelproduktion und der Umweltverwaltung. Die Methoden für das Screening von Stämmen basieren in der Regel auf Techniken in den folgenden Bereichen:
1. Mediumscreening
Auswahl eines geeigneten Mediums: Das Screening von Stämmen erfordert in der Regel die Auswahl eines anderen Mediums, um das Wachstum und die Produktion von Produkten des Zielmikrobes zu fördern. Verschiedene Mediumbestandteile beeinflussen die Stoffwechselprodukte der Stämme und müssen daher spezifische Medien basierend auf dem Zielprodukt oder der Zielfunktion entwerfen.
Mediumoptimierung: Durch die Anpassung der Kohlenstoff-, Stickstoff-, Mineralien- und pH-Werte im Medium können die Stoffwechselproduktionskapazitäten der Stämme optimiert werden.
2. Hochdurchfluss-Screening-Technologie
Die High-Flow-Screening-Technologie (HTS) ermöglicht die parallele Erkennung der Eigenschaften einer großen Anzahl von Stämmen in kürzester Zeit. Häufige hohe Durchsatz-Screening-Methoden umfassen:
Mikroporenplattenmethode: Verwenden Sie Mikroporenplatten mit 96 Löchern, 384 Löchern oder höherem Durchfluss, um das Wachstum, die Produktsynthese usw. einer Vielzahl von Stämmen schnell zu untersuchen.
Flüssige Kulturprüfung: Durch ein automatisiertes Flüssigkeitsbehandlungssystem werden die Wachstumsraten, die Stoffwechselkonzentrationen und andere Informationen automatisch gemessen, um die Stämme mit der besten Leistung zu screenen.
Fluoreszenzsonde-Methode: Mit Fluoreszenzmarkern oder Farbstoffen können ausgezeichnete Stämme schnell gescreent werden, indem sie das Stammwachstum oder Veränderungen im Stoffwechsel erkennen.
Automatisierte Mikroskopie: Kombiniert mit Bildanalyse-Technologien mit automatisiertem Mikroskopscannen und Kolonialmorphanalyse, um die besten Stämme aus großen Proben zu screenen.
3. Genomisches Screening
Genbearbeitung: Verwenden Sie Genbearbeitungswerkzeuge wie CRISPR/Cas9 zur gezielten Modifikation des mikrobiellen Genoms, um die Produktionskapazität eines Zielprodukts zu erhöhen oder bestimmte metabolische Wege zu optimieren.
Ganzgenomscanning: Durch die Sequenzierung und Analyse des Genoms werden potenzielle Stämme gescreent, wobei sich der Fokus auf die metabolischen oder toleranten Gene konzentriert, die einen Vorteil haben.
Transkriptomenanalyse: Durch die Analyse des Genexpressionsprospekters von Stämmen durch RNA-Seq werden Stämme gescreent, die eine hohe Aktivität auf dem Zielmetabolischen Weg zeigen.
4. Metabolik-Screening
Chromatografische Analyse: Mit Technologien wie der Hocheffizienten Flüssigchromatografie (HPLC), der Gaschromatografie (GC) und der Dünnschichtchromatografie (TLC) werden Stoffwechselprodukte von Stämmen unter bestimmten Kulturbedingungen untersucht und Stämme mit einer hohen Stoffwechselproduktionsfähigkeit gescreent.
Massenspektrometrie (MS): Durchführung einer quantitativen und qualitativen Analyse von Stammmetaboliten in Kombination mit einer Massenspektrometrie, um Stämme mit höheren Erträgen weiter zu screenen.
5. Widerstandsprüfung
Resistenztest: Für spezifische Resistenzscreens wie Antibiotikaresistenz oder Schwermetalltoleranz kann ein hoher Durchfluss-Screening durch eine resistente Platte oder eine flüssige Kultur durchgeführt werden, um Stämme zu finden, die sich speziellen Umweltbedingungen anpassen.
Umweltanpassungsscreening: Bei einigen industriellen Fermentationsprozessen müssen Stämme möglicherweise unter bestimmten Umweltbedingungen arbeiten, z. B. bei hohen Temperaturen, niedrigen pH-Werten oder hohen Salzbedingungen. Durch das Screening unter diesen extremen Bedingungen können adaptive Stämme gefunden werden.
Enzymaktivitätsscreening
Enzymaktivitätstest: Wenn der Zielstamm ein bestimmtes Enzym produziert, kann ein geeignetes Substrat verwendet werden, um die Enzymaktivität zu erkennen, z. B. ein Pigmentsubstrat, um die katalytische Reaktion des Enzyms zu bestimmen. Diese Methode ermöglicht es, Stämme mit hoher Enzymaktivität schnell zu screenen.
Fluoreszentase-Calibration: Fluoreszenz-Markierungssubstrate und Testsysteme verwenden, um die Aktivität des Enzyms durch Fluoreszenzveränderungen zu erkennen und ausgezeichnete Stämme zu screenen.
7. Umfassendes Screening
Multi-Indikator-Screening: Kombinieren Sie die Wachstumsrate des Stämmes, die Produktleistung, die Toleranz, die Stoffwechseleigenschaften und andere Faktoren, um eine umfassende Bewertung der Auswahl von hervorragenden Stämmen zu machen. Diese Methode wird häufig in Kombination mit einer Hochleistungs-Automatisierungsplattform betrieben, die ein großes und effizientes Screening ermöglicht.
8. Anwendung der Automatisierungsplattform
Hochdurchflusssicherungssysteme sind in der Regel mit automatisierten Plattformen ausgestattet, die die Verarbeitung von Proben, die Kultur, die Prüfung und die Analyse automatisieren. Zum Beispiel ist die Kombination von Flüssigkeitsbehandlungsrobotern und automatisierten Mikroskopen in der Lage, eine große Anzahl von Stämmen in kurzer Zeit zu screenen.
9. Datenanalyse und -optimierung
Big Data-Analyse: Verbesserung der Präzision und Effizienz des Stammscreenings durch die statistische Analyse von High-Flow-Screening-Daten und das maschinelle Lernen.
Algorithmen für maschinelles Lernen: Analysieren Sie die Auswirkungen verschiedener Parameter (z. B. Temperatur, pH, Nährstoffe usw.) auf die Leistung des Stammes während des Kultivierungsprozesses mit Algorithmen für maschinelles Lernen, um die Screenstrategien zu automatisieren und zu optimieren.
Durch diese Methoden können die High-Flow-Sortenscreening-Optimierungssysteme potenzielle Stämme schnell und effizient für nachfolgende Forschungs- oder Industrieanwendungen auswählen.