Новый метод iCyanVS ускоряет скрининг цианобактерий в тысячи раз

Цианобактерии — уникальные фотосинтезирующие прокариоты, способные напрямую превращать солнечный свет, морскую воду и CO₂ в различные биопродукты.

Оценка скорости их роста традиционно основана на трудоёмком и длительном (около 5 дней) мониторинге накопления биомассы после выделения и культивирования штамма (около 20 дней), что является серьёзным препятствием для промышленного применения.

Исследователи из Института биоэнергетики и биопроцессов Циндао (QIBEBT) Китайской академии наук разработали революционный метод быстрого скрининга роста цианобактерий — «iCyanVS».

Метод использует оригинальное устройство для сортировки клеток, активированной комбинационным рассеянием (RACS-Seq). Он позволяет обойтись без этапов выделения и культивирования клеток, напрямую идентифицируя и изолируя из смешанной библиотеки мутантов единичные клетки с высокой скоростью роста в условиях высокой солёности.

Ключевые этапы метода:

• Метаболическая маркировка: Культивирование в течение _{12 часов в среде с H¹³CO}3~^-.
• Фенотипирование: Измерение ключевых метаболических фенотипов (скорость роста и фиксации углерода) на уровне единичной клетки с помощью ¹³C-меченных спектров комбинационного рассеяния — без необходимости пролиферации клеток.
• Высокоскоростной скрининг: Интеграция с RACS-Seq позволила измерить скорость фиксации углерода и роста у 135 единичных клеток цианобактерий за рекордные 10 минут.
• Генотипирование: Последующее использование чипа RACS-Seq в жидкой фазе позволило провести генотипирование 11 высокопроизводительных единичных клеток.

В результате был выявлен генотип, связанный с фенотипом быстрого роста, характеризующийся сверхэкспрессией ключевого глобального фактора транскрипции генов — rpoD1.

Мутантный штамм, сверхэкспрессирующий rpoD1, показал на 44% более высокую скорость роста, чем дикий тип, в условиях высокой солёности.

Цитаты исследователей:

• Проф. Луань Годун: «По сравнению с традиционными методами, требующими 20 дней чистой культуры и ещё 5 дней мониторинга кривой роста, стратегия iCyanVS демонстрирует беспрецедентную эффективность в скрининге и геномном отслеживании ключевых промышленных фенотипов».
• Проф. Лу Сюэфэн: «iCyanVS предлагает мощный инструмент для быстрого скрининга штаммов с желательными промышленными признаками. Это открытие имеет большие перспективы для биотехнологии цианобактерий».
• Проф. Сюй Цзянь: «Помимо RACS-Seq, мы также интегрируем технологию iCyanVS в проточный рамановский сортер клеток (FlowRACS), что дополнительно упрощает высокопроизводительный скрининг фотосинтезирующих клеточных фабрик».

Результаты опубликованы в журнале Synthetic and Systems Biotechnology.