In dieser Ausgabe empfehlen wir Ihnen einen Artikel des Teams von Professor Wei Dong der School of Food Science and Engineering der South China Polytechnic University, der in der internationalen Zeitschrift Algal Research veröffentlicht wurde: 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。 Diese Studie nutzt das integrierte System der Normaldruck-Raumtemperatur-Plasmamutation (ARTP) und der Mikrotropfenkultur mit hohem Durchfluss (MMC), um proteinreiche Protein-Nucleus-Micrococcus-Mutationsstämme schnell zu screenen, die vielversprechende Kandidaten für die Herstellung von alternativen Proteinen durch heterogene Fermentation bieten.

Mit der weltweiten Bevölkerungswachstum steigt auch die Nachfrage nach Nahrungsmitteln, was die Nachfrage nach neuen Proteinquellen im Zusammenhang mit der Verringerung der Ackerfläche und den ethischen Bedenken über die traditionelle Fleischproduktion verstärkt. Mikroalgen sind reich an Proteinen, Aminosäuren, mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFAs), Vitaminen und Mineralstoffen als vielversprechende alternative Proteinquelle. Unter heterogenen Kultivierungsbedingungen zeigen Mikroalgen jedoch in der Regel einen niedrigeren Proteingehalt (<40% Trockengewicht), was ihr Potenzial als alternative Proteinquelle einschränkt. Um diese Herausforderungen zu überwinden, ist die Entwicklung neuer Mikroalgenstämme mit natürlich hohem Proteingehalt von entscheidender Bedeutung für die effiziente Massenproduktion von Proteinen durch heterogene Fermentation.

Die Forscher benutzten die ARTP-Mutation, um die Glycoprotein-Micrococcus A4-1 als Ausgangsalgenstamm zu erhalten, um eine neue Runde von ARTP-Mutationen durchzuführen, die nach 15 Sekunden bestrahlt wurden und in die Shakeflaschenkultur übertragen wurden. Die Zellen in der logarithmischen Wachstumsphase werden auf OD450nm Werte von 0,6-0,8 verdünnt und in das MMC-System für die weitere Kultivierung übertragen.

Im MMC-System werden zunächst 50 Tropfen mit einer Laufzeit von 24 bis 46 Stunden pro Generation erzeugt und der Absorptionswert der Tropfen bei 450 nm in Echtzeit erfasst, um das Wachstum der Algenstamm zu charakterisieren. Nach drei Kultivierungsrunden werden gute Tropfen (Tropfen Nr. 28) ausgewählt. Der gesamte Versuchsprozess dauerte nur 116 Stunden, was eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zu herkömmlichen Plattensystemen (Abbildung 2A) darstellt. Die Tropfen wurden monokloniert, um 23 Bakterienstämme zu erhalten und vier von ihnen (MMC-1, 7, 8 und 11) mit einer höheren Wachstumsrate oder einer höheren Biomassenkonzentration für die anschließende Analyse auszuwählen (Abbildung 2B).

Das Zellwachstum und die Biomasse-Ausbeute von vier ausgewählten Mutanten (MMC-1, 7, 8, 11), die in einem 250 ml-Shaker kultiviert wurden, sind in Abbildung 3A dargestellt. Alle Mutanten hatten ein ähnliches Wachstumsmuster wie der A4-1-Algenstamm und erlitten eine anfängliche Verzögerungsphase, die anschließend schnell in eine exponentielle Wachstumsperiode eintritt. MMC-7 erreichte die höchste Biomassenkonzentration von 8,21 g/L, 8,49% höher als der Stamm A4-1 von 7,57 g/L (p < 0,05). Gleichzeitig zeigten alle vier Mutanten visuell eine ähnliche goldene Farbe wie die Algenstamm A4-1, wobei Chlorophyl b nicht nachgewiesen wurde, wobei Chlorophyl a nur 1% des Wildtypen (WT) ausmacht (Abbildung 3B).

Die Analyse der biochemischen Zusammensetzung zeigte, dass der Proteingehalt bei den vier Mutanten um 12 bis 40% erhöht wurde (Abbildung 4). Die MMC-8-Mutanten zeigten den höchsten Proteingehalt (63,26% Trockengewicht) und einen niedrigen Stärkegehalt (8,59% Trockengewicht), einen Anstieg von 40,11% bzw. einen Rückgang von 56,24% gegenüber dem Ausgangsalgenstamm A4-1. Darüber hinaus zeigte sich MMC-8 auch in der Proteinqualität mit einem höheren Aminosäurengehalt (44,35% Trockengewicht) und einer Bewertung (95) als A4-1.

Diese Studie zeigt das Potenzial des ARTP-MMC-Systems als leistungsstarke High-Flow-Screening-Plattform, die nicht nur die Effizienz der Proteinsynthese verbessert, sondern auch den Stärkegehalt reduziert, wodurch die Kohlenstoffverteilung in Richtung der Proteinsynthese geneigt wird, was von entscheidender Bedeutung für die Effizienz und Nachhaltigkeit der Bioproteinproduktion ist.

Artikel-Link: https://doi.org/10.1016/j.algal.2024.103509