本期為您推薦華南理工大學食品科學與工程學院魏東教授團隊發表在國際藻類學期刊《Algal Research》上的一篇文章：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。本研究利用常壓室溫等離子體誘變（ARTP）和高通量微生物微滴培養的集成系統（MMC），快速篩選出高蛋白質的蛋白核小球藻突變株，為異養發酵生產替代蛋白質提供了有希望的候選菌。
隨著全球人口的增長，對食物的需求也在增加，這加劇了在耕地減少和對傳統肉類生產的倫理擔憂中尋找新蛋白質來源的需求。微藻作為一種有前途的替代蛋白質來源，富含蛋白質、氨基酸、多不飽和脂肪酸（PUFAs）、維生素和礦物質。然而，在異養培養條件下，由于光合作用依賴的蛋白質合成減少，微藻通常表現出較低的蛋白質含量（<40% 干重），限制了其作為替代蛋白質來源的潛力。為了克服這些挑戰，開發具有天然高蛋白質含量的新型微藻菌株對于通過異養發酵高效大規模生產蛋白質至關重要。
研究人員前期利用ARTP誘變獲得金黃色蛋白核小球藻A4-1為出發藻株，進行新一輪的ARTP誘變，輻照15秒后，轉移至搖瓶培養。將處于對數生長期的細胞稀釋至OD450nm值為0.6-0.8，轉移至MMC系統進行進一步培養。
在MMC體系中，初始生成50個液滴，每一代運行時間在24-46小時，實時檢測液滴在450 nm處的吸光值，表征藻株生長情況。經過三輪培養，篩選出長勢好的液滴（第28號液滴）。整個實驗流程僅耗時116小時，相較于傳統平板體系有著較大的提升（圖 2A）。將液滴進行單克隆分選，得到23株菌，選取其中4株（MMC-1、7、8和11）生長速率或者生物量濃度較高的進行后續的分析（圖 2B）。
在250 mL搖瓶中培養的四個選定突變體（MMC-1、7、8、11）的細胞生長和生物量產量如圖 3A所示。所有突變體的生長模式與A4-1藻株相似，均經歷了初始滯后期，隨后迅速進入指數生長期。MMC-7達到了最高的生物量濃度8.21 g/L，比A4-1菌株的7.57 g/L高出8.49%（p < 0.05）。同時所有四個突變體在視覺上都呈現出與A4-1藻株相似的金黃色，未檢出葉綠素b，葉綠素a僅占野生型（WT）的1%（圖 3B）。
生化成分分析顯示，在四個突變體中，蛋白質含量增加了12%至40%（圖 4）。MMC-8突變體顯示出了最高的蛋白質含量（63.26%干重）和低的淀粉含量（8.59%干重），比出發藻株A4-1分別增加了40.11%和減少了56.24%。此外，MMC-8在蛋白質質量上也表現出色，其氨基酸含量（44.35%干重）和評分（95）均高于A4-1。
本研究展示了ARTP-MMC系統作為一種強大的高通量篩選平臺的潛力，不僅提高了蛋白質的合成效率，還減少了淀粉含量，使得碳分配向蛋白質合成方向傾斜，對于提高生物蛋白質生產效率和可持續性具有重要意義。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.algal.2024.103509
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