谷氨酸棒杆菌细胞工厂育种策略以及高通量筛选技术的研究进展

谷氨酸棒杆菌作为工业生产氨基酸及众多高附加值产品的工程菌株,是一种绿色高效的底盘微生物,已被开发为工业微生物细胞工厂。设计与构建高效工业微生物细胞工厂是绿色生物制造的重要基础,也是促进实现“碳中和”目标的重要途径之一。微生物育种及高通量筛选技术是创制高效微生物细胞工厂和生物产业技术创新的重要方向。文章结合实际案例针对谷氨酸棒杆菌细胞工厂的育种策略和高通量筛选技术进行综述,以期为谷氨酸棒杆菌选育领域的相关研究提供参考和借鉴。

高通量筛选技术及其应用

主要介绍了高通量筛选技术(HTS,HighThroughputScreening)的原理,包括非细胞相筛选、细胞相筛选和生物表型筛选及其在生命科学和药学领域中的应用以及高通量筛选技术的发展趋势。

高通量筛选技术在天然药物研究中的应用进展

通过介绍高通量筛选技术的特异性体外模型及其在天然药物研究的实际应用,为开展天然药物的高通量筛选研究提供参考。查阅国内外的相关文献,并对其进行归纳、分析和总结。结果显示高通量筛选技术特有微量、快速、灵敏和准确等特点,为一种快速有效的药物筛选方法,显示出这一技术在天然药物研究中的广阔前景。

高通量筛选技术在多相催化研究中的应用

通过对组合催化研究的关键因素———催化剂高通量筛选技术的评价分析认为 :在对已有的催化体系和催化剂优化的同时 ,如何高效研制开发新筛选检测技术 ,诸如反应器设计和检测器的选择 ,是组合催化研究的主导思想 。

高通量筛选技术与新药发现——访北京大学基础医学院药理学系副主任杨宝学教授

近年来，由于自动化技术特别是机器人的应用，在新药研究中出现了高通量筛选技术，该技术将化学、现代生物学、计算机以及自动化仪器等先进技术，有机组合成一个高程序、高自动化的新模式，从而创造了发现新药的新程序。由于该技术具有快速、高效的优点，已被认为是发现创新药物的重要技术手段之一，

利用高通量筛选技术研究中药的归经作用

1中药归经概念 归经是药物作用的定位概念，即表示药物作用部位。前人在用药实践中观察到，一种药物往往主要对某一经或某几经发生明显的作用，而对其他经的作用较小，甚至没有作用。同属性寒清热的药物，有偏于清肝热，有偏于清胃热，或偏于清肺热或清心热；同属补药，有补肺、补脾、补肝、补肾之不同。反映了药物在机体产生效应的部位各有侧重，这就形成了归经理论。如参苓白术散借桔梗载诸药上浮，引归于肺，

中草药活性成分的高通量筛选技术研究进展

随着高通量筛选技术的不断发展,该技术已经成为发现新药物的重要途径之一。高通量筛选技术已大量应用于筛选药物活性成分的领域中,但是其中大部分为从化合物库中筛选活性成分,仅有十几篇文献应用于中药活性成分的筛选,而中国传统中草药却是探索和发展新药物的丰富来源。本文通过综述国内外2008年到2017年的相关文献,阐述了分子和细胞水平上的高通量筛选技术在中草药活性成分的筛选及其应用进展,为今后中草药新药研发提供参考。

高通量筛选技术在中兽药研发中的应用展望

药物高通量筛选技术是在细胞生物学、生物芯片技术、原子物理学、计算机分析技术等现代多学科发展的基础上而新兴发展的一门药物研发技术,具有快速、微量、灵敏和大规模的优点,适合与中兽药的创新研发、方剂药理研究、中药成分分离鉴定等各个领域,将在中兽药现代化研究中起着重要的作用。

高通量筛选技术用于金属硫化物修饰的TiO_2的光催化性能分析

基于高通量筛选技术和喷墨打印,建立了一种快速分析不同配比的光催化剂催化效率的方法。采用光刻法制备了具有数以千计的独立反应单元的微反应芯片,选择Ni、Cd、Zn 3种金属元素掺杂TiO_2,建立了900种不同组装硫化物金属TiO_2催化剂库。再以不同微反应单元的荧光为基础,通过一次实验反应,快速筛选出具有不同比例的3种高效光催化材料的微反应芯片:(Ni_(0.28)Cd_(0.32)Zn_(0.40)) SX/TiO_2,(Ni_(0.43)Cd_(0.29)Zn_(0.28))SX/TiO_2,(Ni_(0.17)Cd_(0.56)) SX/TiO_2。此外,通过宏观验证实验对筛选出的3种催化剂活性进行验证,同时与纯TiO_2降解曙红溶液进行对比。结果测得3种催化剂的降解率分别达94.2%、90.5%和87.6%,而纯TiO_2的降解效率最低(41.3%)。表明筛选出的3种催化剂对曙红溶液具有高效的光催化降解性能。

饲料所创制里氏木霉高通量筛选技术

近日，中国农业科学院饲料研究所饲用酶工程团队研发出一种红色荧光蛋白偶联荧光激活细胞分选仪（FACS）的高通量筛选平台，首次利用里氏木霉表面展示的红色荧光蛋白作为筛选标记，通过流式细胞分选仪从突变体库中快速、准确的筛选高产突变菌株，一步获得高产纯系转化子。

高通量技术筛选抑制肝癌细胞生长的新型小分子化合物

目的高通量筛选技术筛选抑制肝癌(PLC)细胞生长的新型小分子化合物。方法将PLC HepG2、Huh7细胞进行培养,培养后用于实验。选择3个小分子化合物数据库(合计3272个小分子化合物),分别为Prestwick、Tocriscreen、Selleck Chem。以及进行高通量筛选和靶化合物的筛选。结果本研究从3272个小分子化合物中利用高通量筛选技术选出抑制PLC细胞生长的目的化合物(hits)。初筛出的hits为z-score<-1.5,差异有统计学意义( P <0.05)。本研究通过比较9块化合物筛选板2种PLC细胞系(HepG2、Huh7)的重叠区域,共筛选出31种能够同时抑制这2个细胞系生长,且z-score<-1.5的化合物。最终筛选出36种hits化合物,包括5种临床治疗PLC的常用化疗药物和分子式。阿霉素作为hits被2次筛选出来,故最终初筛成功的新型化合物共有31种。结论通过高通量筛选技术筛选出31种可能具有抑制PLC细胞生长作用的新型小分子化合物,且有可能成为PLC治疗中的新型靶向药物。

酶高效表达体系构建及高通量筛选关键技术

酶作为生物催化剂已被广泛地应用于医药、食品、化工、能源及轻工业等领域,随着低碳经济发展及绿色制造的发展需求,酶制剂应用领域不断拓展。随着当今生命科学前沿技术飞速发展,生物信息学、分子进化、基因组学和蛋白质组学等先进技术被应用于新酶分子的挖掘与改造。而代谢工程及反应过程工程成为酶制剂发酵生产调控的关键。同时,酶制剂高效表达菌株及其高通量筛选技术平台的构建也是新酶发现与工业化生产的重要桥梁。本文从酶高效表达载体和宿主出发,重点介绍了高效表达体系的构建原理和方法,包括重组酶表达载体表达元件的优化、重组酶基因表达量的增加、提高酶蛋白质的折叠通量、优化蛋白分泌运输途径、降低蛋白降解途径的作用、初级代谢途径的优化等。还总结了高效菌株的筛选方法,并展开合理预测。

基于高通量筛选的双特异性抗体纯化方法开发

双特异性抗体(BsAbs),简称双抗,是一种能同时结合两个不同靶点或表位的抗体,BsAbs在表达过程中通常伴随产生多种副产物,在纯化工艺中很难被去除。本研究运用高通量筛选技术,通过对SP Sepharose Fast Flow填料的纯化条件进行探索,建立基于Sepharose Fast Flow填料的双特异性抗体纯化方法开发的通用流程,每个筛选条件只需要0.4 mg双抗样品,可同时筛选多达32个条件,筛选过程总耗时2 h,而传统柱层析需耗时64 h。通过高通量迅速筛选方法可以有效去除双抗分子副产物,为解决纯化工艺难题提供了一种新的工艺路线。

高通量技术筛选的米托蒽醌促进肝癌HepG2细胞凋亡的作用及机制

目的探讨高通量技术(HTS)筛选的米托蒽醌(MTX)促进肝癌细胞凋亡的作用及机制。方法将不同浓度的MTX(0、0.5、1、2.5、5、10、20μmol·L^(-1))处理肝癌HepG2细胞24 h,采用MTT法检测HepG2细胞增殖抑制率,采用免疫印迹检测HepG2细胞凋亡标记分子cleaved Caspase-3的表达,采用流式细胞术检测HepG2细胞凋亡率。结果MTX抑制肝癌HepG2细胞增殖和生长,且呈浓度依赖性,其中5、10、20μmol·L^(-1) MTX处理的肝癌HepG2细胞增殖抑制率分别为0.69、0.67、0.43;与10μmol·L^(-1)MTX比较,20μmol·L^(-1) MTX的增殖抑制率显著下降(P<0.001)。与0μmol·L^(-1) MTX处理的肝癌HepG2细胞比较,5、10μmol·L^(-1) MTX轻度上调cleaved Caspase-3的表达,而20μmol·L^(-1) MTX显著上调cleaved Caspase-3的表达(P<0.05)。0μmol·L^(-1) MTX处理的肝癌HepG2细胞凋亡率为9.07%,20μmol·L^(-1) MTX处理的肝癌HepG2细胞凋亡率为21.12%,二者比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论HTS筛选出的MTX可抑制肝癌细胞生长增殖,诱导cleaved Caspase-3表达增加,促进肝癌细胞凋亡。

高通量筛选技术应用于抗体药物处方开发的研究

通过实验设计和高通量筛选(HTS)设备进行蛋白药物制剂处方开发筛选,分析和评估,确定HTS制剂处方筛选方法是否具备在大多数情况下,快速和较为准确判定蛋白药比如抗体药物的最佳临床处方的能力。利用HTS设备进行预筛选,初步遴选进入缓冲体系筛选的5个基础缓冲液,在进行25℃和40℃加速强制条件研究后,最终确立进入辅料筛选的最佳缓冲液;利用最佳缓冲液组合不同辅料(8.0%蔗糖,8.0%海藻糖,5.0%甘露醇,2.0%甘氨酸,2.4%赖氨酸)和0.02%吐温80设计实验,每个处方配制80μL样品溶液,利用HTS设备进行快速初筛,最终确定含有蔗糖,海藻糖,甘露醇,甘氨酸的处方进入正式的辅料筛选环节;实验通过300 r/min振荡,5℃/25℃/40℃条件研究,利用HTS筛选和SEC(Size exclusion chromatography体积排阻色谱)/CEX(Cation exchange chromatography阳离子交换色谱)/CE(Capillary electrophoresis毛细管电泳)/UV410(紫外可见分光计410 nm波长)等分析方法确定最终处方。经过高通量筛选检测和其他测试结果,最佳处方可以在5℃保持碎片和聚集体含量基本恒定;25℃条件下孵育30 d加速实验研究时碎片和聚集体含量基本恒定,并且SEC主峰含量在95%以上;40℃强制条件下孵育2 w也能保持聚集体含量基本恒定;上述分析结果已经显示出高通量筛选技术符合处方筛选关于抗体药物稳定性的技术要求。综合来看,高通量筛选技术通过测试Tm/Tagg/DLS等参数可以满足蛋白药开发需求,经过与传统分析手段的交叉验证,HTS和传统分析两种方式的分析结果存在一定的相关性,再全面进行考察可以确定最佳处方,可以确定利用高通量筛选技术能筛选出满足临床使用要求的蛋白药物制剂。

高通量荧光筛选技术在药物相互作用研究中的应用

高通量筛选(high throughout screening，HTS)技术是在长期药物研究经验的积累和科学技术的进步，如分子生物学、分子病理学、分子药理学、微电子技术等学科发展的基础上，形成的药物发现过程的新方法。采用HTS技术评价化合物的生物活性涉及到多个方面的内容，如药理活性。

生物芯片、生物信息学与高通量中药活性筛选

药物筛选是一个采用适当方法与分析手段对候选物质药理活性评价的主动寻找药物的过程.高通量筛选技术是20世纪80年代后期形成的寻找新药的高新技术,其有3大技术支持,即组合化学、遗传学和高通量筛选,分别为新药开发提供新化合物源,新的作用靶标和大规模的筛选方法.后两者相辅相成,构成较为完整的筛选体系,即基于疾病机理,选择特定生物分子作为靶标的高通量筛选.目前机理筛选一般有两种模式,一种是直接检测化合物对生物大分子如受体、酶、离子通道、抗体等的结合及作用;另一种是检测化合物作用于细胞后基因表达(尤其是mRNA)的变化.不论何种筛选模式,其关键问题是药物靶标的确定和筛选效率的提高,生物芯片及相关技术的出现将在药物筛选的关键问题上发挥巨大的作用,不仅可促进药物基因组学的发展,尤其是对中药活性物质的筛选和方剂作用原理的研究提供有力的技术支撑.

紫外吸收光谱法在高通量筛选中的应用

与传统化合物的单独合成及结构性能测定相比,高通量筛选技术具有简化并缩短发现目标化合物过程的特点.以紫外吸收光谱法为手段,利用高通量筛选技术考察了CoCe/HZSM5对甲烷还原NOx反应的催化活性.研制了专用的平行反应器,使每个反应通道的反应温度相同,气体空速相近;建立了一种高通量初级筛选催化剂库的快速方法,初步评价了不同Co/Ce比的CoCe/HZSM5催化剂样品的催化活性.结果表明,当w(Co)=2.5%及m(Co)/m(Ce)=2时,催化剂的活性最高,其活性因数达到了0.67.

基于单纯型设计和部件搜索方法的CHO细胞无血清培养基的高通量优化

氨基酸的浓度与配比对细胞生长和产物表达有重要作用。在自主研发无血清培养基的基础上,通过单纯型格子实验设计优化氨基酸浓度及配比后发现,优化的无血清培养基明显促进了细胞生长。生物反应器批式培养中,最高活细胞密度达52.6×105 cells·mL-1,抗体融合蛋白产量52.2 mg·L-1,相对于商业培养基Ex-cell 302,分别提高了26.7%和11.5%。在此基础上,通过部件搜索的方法确认具有显著正影响的氨基酸为谷氨酰胺、脯氨酸和甲硫氨酸。基于上述研究工作,在2 L反应器采用自主研发的优化无血清培养基,以葡萄糖为关键控制参数,进行两阶段动态流加培养过程,CHO细胞最大活细胞密度达94.6×105 cells·mL-1,抗体融合蛋白终产量600 mg·L-1,相对于商业培养基Ex-cell 302批式培养,分别提高了2.75倍和11.8倍。本研究工作为抗体融合蛋白的高效工业化生产奠定了基础。