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NC!实验室双通道微流液滴筛选平台用于酶进化获进展

主要完成人:杨萍 发表日期:2018-03-16 点击数:297

 酶的定向进化是开发具有理想功能酶的有效策略,但对进化过程中产生的大量突变体进行活性检测是个大工程。因此,大量突变体的筛选限制了酶的改造。

2018年3月12日上海交通大学冯雁教授团队杨广宇研究员在《Nature Communications》上发表了一篇建立双通道微流液滴筛选系统(dual-channelmicrofluidic droplet screening,DMDS)的研究论文,该系统可用于对酶突变体的选择性进行高通量筛选。文中通过产生单细胞包裹均一微液滴(mono-dispersedcell-encapsulating droplets),其中包括突变酶表达单细胞、两种对映体的衍生底物以及裂解缓冲液,该液滴在双波长激发光激发检测酶对两种底物的活性并筛选出符合预期性质的阳性个体,每天筛选量可达到一千万个。为防止筛出的酶只对与荧光基团结合的底物有作用而对孤立的底物没有作用,文中先利用两个不同的荧光团与底物结合进行“合作模式(DMDS cooperative mode)”筛选,获得目标催化活性提高的突变酶;再利用“偏好模式(DMDS biased mode)”筛选,即两个不同的荧光团与构型不同(比如:S和R)的底物结合,来获得具有较好选择性(对映选择性、化学选择性、区域选择性等)的突变酶。

双通道微流液滴筛选平台原理图

接下来文中应用此筛选系统对来源于Archaeoglobus fulgidus的酯酶进行了4轮定向进化,共筛选了500万个突变体后,成功获得了对S-异布洛芬选择性提高了700倍的突变酯酶,而且突变酶还对一系列布洛芬的类似物都体现了高度的立体选择性。

该双通道微流液滴筛选平台实现了对复杂酶功能(如对映体选择性、底物特异性、区位选择性等)的超高通量筛选,大大提升了酶分子改造的效率。