产油微生物菌株的高通量质谱筛选平台问世

　　微生物油脂是未来燃料和食品用油的重要潜在资源。近年来，随着系统生物学技术的快速发展，从全局角度理解产油微生物生理代谢及脂质积累的特征成为研究热点。微生物油脂是由微生物包括细菌、酵母、霉菌和藻类等在特定条件下通过同化外界碳源，在菌体内合成的脂肪类化合物。微生物产油脂具有单体油脂含量高、生产周期短、生产投入低、不受季节影响等优势。
 

　　常规方法采用葡萄糖、甘油等作为碳源，采用包括斯达氏酵母、浅白色隐球酵母、弯隐球酵母、斯达氏油脂酵母、产油油脂酵母等作为发酵菌株。然而，产油微生物菌株往往需要通过诱变或基因工程手段来提高其在工业应用中的性能，其中快速、高效筛选工程菌株是一项颇有挑战性的任务。
 

　　目前，通过检测细胞代谢表型来筛选目标菌株，是筛选突变体库的直接和精准的方法。当前，基于液相色谱或气相色谱的细胞表型检测技术的通量有限，导致筛选周期长，难以满足大批量突变体的高通量筛选。因此，亟需开发快速高效的菌库筛选平台。
 

　　近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所代谢物组学研究组开发了基于激光烧蚀电喷雾电离质谱的原位分析平台，可直接原位检测琼脂平板上的单菌落，获取菌落细胞代谢表型分子信息。
 

　　质谱具备高特异性、高灵敏度、普适性、快速、微量和非标记等优点，在各个学科领域广泛应用。原位电离质谱是新型的分析技术，可直接解吸和电离天然样品中的待测分子，无需分离或样品预处理。
 

　　该研究组开发了基于激光烧蚀电喷雾电离质谱(LAESI-MS)的平板单菌落直接检测高通量分析系统，可用于直接分析富含油脂的海洋真菌裂殖壶菌单菌落，无需额外的实验过程。LAESI-MS利用高能量脉冲激光烧蚀和解吸细胞代谢表型分子，这些分子通过电喷雾进行电离，并引入质谱，获取菌落细胞特征指纹谱。细胞内脂滴中的甘油三酯分子的脂肪酸组成，可以进一步通过二级质谱进行结构鉴定(即LAESI-MS/MS)。
 

　　除此之外，该研究开发了基于Python的TAFA-LEMS软件包用于高通量处理获得的原位质谱数据，计算菌落细胞内脂肪酸含量分布。LAESI-MS平台具有快速、稳定性的优点，每个采样点的数据采集速率小于2秒，脂肪酸相对含量的相对标准偏差小于13.69%。同时，使用LAESI-MS平台获取三角褐指藻和产油酵母菌株细胞的特征指纹谱和多种油脂类分子，证明该高通量筛选平台具有成为微生物菌株工程的共性生物技术平台的潜力。
 

　　目前，相关研究成果在线发表在Talanta上。