如何在丝状放线菌中进行高通量筛选

如何在丝状放线菌中进行高通量筛选引言
丝状放线菌是一类广泛分布在自然界中的细菌，具有丰富的次级代谢产物，如抗生素、抗肿瘤药物和其他活性物质，是重要的工业和医药微生物资源。

为了提高丝状放线菌的产物合成能力和多样性，需要对其进行基因工程改造，引入或调控相关的基因或代谢途径。

然而，由于丝状放线菌的基因组复杂、转化效率低、表达调控复杂等原因，传统的基因工程方法往往效率低下、耗时耗力。

因此，需要开发高通量筛选方法，快速寻找优良的菌株或基因，从而提高丝状放线菌的菌种改良和产物开发效率。

高通量筛选方法的概述
高通量筛选是一种快速处理大量样品，并从中筛选出最佳候选者的方法。

在丝状放线菌中进行高通量筛选，主要有以下几个步骤：
•菌株的构建：利用不同的基因编辑技术，如同源重组、CRISPR-Cas9等，对丝状放线菌的基因组进行改造，引入或敲除相关的基因或代谢途径。

•菌株的培养：利用不同的培养条件和诱导剂，对构建好的菌株进行培养，使其表达或合成目标产物。

•菌株的分析：利用不同的检测方法，如紫外吸收法、荧光法、色谱法等，对培养好的菌株进行分析，评估其产物的含量或活性。

•菌株的分选：利用不同的分选方法，如微孔板培养分析法、生物测定法、抗生素生存筛选法、荧光激活细胞分选法（FACS）、荧光激活液滴分选法（FADS）等，从大量的菌株中筛选出最佳的候选者。

高通量筛选方法的比较
不同的高通量筛选方法有各自的特点和适用场景，以下对比了五种常用的高通量筛选方法：
•微孔板培养分析法：这种方法是利用微孔板进行菌株的培养和产物的分析，可以同时处理多个样品，提高筛选效率。

微孔板的每个孔都可以作为一个微型反应器，可以加入不同的菌株、培养基和诱导剂，进行不同条件下的菌株培养。

培养结束后，可以利用不同的分析方法，如紫外吸收法、荧光法、色谱法等，对微孔板中的产物进行定性或定量的检测，从而评估菌株的产物含量或活性。

这种方法的优点是可以同时处理多个样品，节省时间和空间，且可以利用现有的仪器和耗材，无需特殊的设计和制作。

这种方法的缺点是需要专门的仪器和耗材，成本较高，且对菌株的生长条件有较高要求，如温度、氧气、搅拌等，可能影响菌株的生长和产物的合成。

•生物测定法：这种方法是利用特定的生物体或细胞作为指示剂，通过观察其对菌株产物的反应来评估产物的活性，如抑制生长、改变形态、诱导荧光等。

生物测定法可以同时处理多个样品，且可以直观地反映产物的活性，适用于筛选具有抗生素、抗肿瘤或其他生理活性的菌株产物。

这种方法适用于筛选具有明显生理效应的菌株产物，或者可以通过生物体或细胞的反应来检测的菌株产物。

这种方法的优点是可以同时处理多个样品，且可以直观地反映产物的活性，适用于筛选具有抗生素、抗肿瘤或其他生理活性的菌株产物。

这种方法的缺点是需要专门的指示剂和仪器，成本较高，且对菌株产物的类型有限制，只能筛选具有明显生理效应的产物。

•抗生素生存筛选法：这种方法是利用抗生素作为选择压力，通过观察菌株是否能够在含有抗生素的培养基中生存来评估其产物的含量或活性。

抗生素生存筛选法可以同时处理多个样品，且可以直接反映产物对抗生素敏感性细胞或真核细胞的杀伤能力，适用于筛选具有抗生素活性或能够自我保护的菌株产物。

这种方法适用于筛选具有抗生素活性或能够自我保护的菌株产物，或者可以通过抗生素选择压力来检测的菌株产物。

这种方法的优点是可以同时处理多个样品，且可以直接反映产物对抗生素敏感性细胞或真核细胞的杀伤能力，适用于筛选具有抗生素活性或能够自我保护的菌株产物。

这种方法的缺点是需要专门的培养基和仪器，成本较高，且对菌株产物的类型有限制，只能筛选具有抗生素活性或能够自我保护的产物。

•荧光激活细胞分选法（FACS）：这种方法是利用荧光标记或荧光传感器来检测菌株产物的含量或活性，并通过流式细胞仪进行单细胞水平的分选。

FACS 可以快速处理大量样品，且可以精确地分选出高产或高活性的菌株，适用于筛选具有荧光特性或能够诱导荧光的菌株产物。

这种方法适用于筛选具有荧光特性或能够诱导荧光的菌株产物，或者可以通过荧光标记或荧光传感器来检测的菌株产物。

这种方法的优点是可以快速处理大量样品，且可以精确地分选出高产或高活性的菌株，适用于筛选具有荧光特性或能够诱导荧光的菌株产物。

这种方法的缺点是需要专门的仪器和耗材，成本较高，且对菌株和产物的特性有较高要求，如荧光强度、稳定性、背景信号等，可能影响筛选的准确性和效率。

•荧光激活液滴分选法（FADS）：这种方法是利用液滴微流控技术将菌株封装在微小的液滴中，并利用荧光标记或荧光传感器来检测液滴中产物的含量或活性，并通过电场进行单液滴水平的分选。

FADS 可以快速处理大量样品，且可以精确地分选出高产或高活性的菌株，适用于筛选具有荧光特性或能够诱导荧光的菌株产物。

这种方法适用于筛选具有荧光特性或能够诱导荧光的菌株产物，或者可以通过荧光标记或荧光传感器来检测的菌株产物。

这种方法的优点是可以快速处理大量样品，且可以精确地分选出高产或高活性的菌株，适用于筛选具有荧光特性或能够诱导荧光的菌株产物。

这种方法的缺点是需要专门的仪器和耗材，成本较高，且对菌株和产物的特性有较高要求，如荧光强度、稳定性、背景信号等，可能影响筛选的准确性和效率。

高通量筛选方法的拓展方向
为了进一步提高丝状放线菌中进行高通量筛选的效果和效率，以下是一些未来工作的重点拓展方向：
•利用高通量自动化装备辅助实验操作，提高实验效率和准确性。

在未来工作中可以使用高通量自动化装备辅助移液、克隆挑选等重复性操作，
大量节约菌株培养和产物分析过程中的时间和劳动成本。

•开发多种具有宽泛配体谱的荧光传感器，拓展液滴微流控在放线菌高通量筛选中的应用范围。

基于液滴微流控进行产物导向的筛选对生物传感
器的依赖程度较高，因此开发多种具有宽泛配体谱的生物传感器将大大
拓展液滴微流控在放线菌产物导向筛选方面的应用前景。

•开发目标产物生产菌与生物传感器的生长偶联策略，提高液滴微流控在放线菌高通量筛选中的效率和准确性。

开发目标产物生产菌与生物传感
器的生长偶联策略，如互养型共培养的方式，也有希望大大提升FADS 在高通量筛选中的效率并降低假阳率，使放线菌的菌种迭代升级更加高
效。

结语
丝状放线菌是一类具有重要工业和医药价值的微生物资源，为了提高其产物合成能力和多样性，需要对其进行基因工程改造，引入或调控相关的基因或代谢途径。

然而，由于丝状放线菌的基因组复杂、转化效率低、表达调控复杂等原因，传统的基因工程方法往往效率低下、耗时耗力。

因此，需要开发高通量筛选方法，快速寻找优良的菌株或基因，从而提高丝状放线菌的菌种改良和产物开发效率。