引言：
近日，中国科学院天津工业生物技术研究所吴信团队在《Bioresource Technology》 (IF: 9) 上发表了题为 “Integrated base editing and microfluidics boost microbial lipid production from lignin” 的最新研究成果。该研究成功构建了一种将铜诱导碱基编辑与高通量皮升级液滴单细胞分选系统DREM cell相结合的创新平台，最终筛选出一株具有优良性状的Curvularia clavata J1菌株突变体M6。在摇瓶培养中，M6实现了细胞干重 (DCW) 49%的脂质含量（提升36%）和228.58 U/L的漆酶活性（提升75%）。在生物反应器中进一步验证，达到51% DCW的脂质含量（提升33%）和240.43 U/L的漆酶活性（提升87%）。转录组学表明增强的脂肪酸、固醇和甘油脂生物合成将碳流重新导向富含油脂的单细胞蛋白。这项工作为木质素生物转化提供了一个整合框架，并突出了合成生物学与微流控技术整合用于工业菌株改造工程的潜力。
研究背景与目的：
木质素是植物细胞壁中含量丰富的可再生芳香聚合物，每年作为造纸和生物精炼副产品大量产生。如何将这种顽固的“废物”高效转化为高附加值产品（如单细胞蛋白和微生物油脂），是当前绿色生物制造面临的重大挑战。
传统的菌株改良方法存在育种周期长、筛选通量低、劳动强度大等瓶颈。本研究旨在开发一个高效、集成的菌株工程框架，通过前沿的基因组编辑技术创造多样性，并利用超高通量微流控筛选平台快速锁定目标菌株，从而打通木质素到油脂的高效转化路径。
实验流程：
1.创造多样性：构建Cu²⁺诱导型碱基编辑器
研究者在弯孢菌J1中构建了一个新型的MCM5-AID碱基编辑器。该系统可在铜离子诱导下，在全基因组范围内产生随机的C-to-T/G-to-A突变，从而创造出一个拥有丰富遗传多样性的突变库。
2.超高通量筛选：天木生物DREM Cell
研究人员将突变后的菌株突变库与FITC标记的木质素底物一同包裹在皮升级（pL）液滴中，形成独立的“微反应器”。
高效液滴生成：DREM cell系统以每秒3000个液滴的速度，精准包裹每个单细胞。
实时活性检测：在液滴内，菌株分泌的木质素衍生物释放荧光信号，其强度直接反映菌株的降解能力。
精准分选：系统通过激光检测每个液滴的荧光强度，并以每秒300个液滴的速度，将荧光信号最强的“优势液滴”（代表降解能力最强的突变体）精准分选出来。
实验结果：
图1：木质素降解能力比较
C. clavata J1在木质素降解方面具有显著优势，并通过基因表达分析发现木质素的代谢途径对其基因表达产生了显著影响。
图2：Cu2+诱导的表达系统
没有Cu2+的情况下，荧光蛋白未被表达；随着Cu2+浓度的增加，荧光蛋白的表达逐渐增强，浓度200μM Cu2+下诱导效果最佳，且不影响菌株生长。通过Cu2+诱导的基因表达系统，能够精确控制基因编辑过程，保证了基因编辑的有效性和可控性。
图3：微流控筛选平台
基于MCM5-AID编辑器的随机突变产生约80,000个突变株，研究团队利用高通量皮升级液滴单细胞分选系统DREM cell作为超高通量微流控液滴筛选平台，筛选流程如下：
1
原生质体单细胞液滴生成
8 pL/滴，3000滴/秒
2
培养与注入
3
荧光检测
漆酶降解木质素释放FITC，产生荧光信号（488nm激发/525nm发射）
4
荧光分选
300滴/秒，从80000个突变株中筛选出来20个快速生长菌株，最终获得高性能突变株M6
图4：M6突变体与WT菌株比较结果
摇瓶发酵性能
脂质含量：49% DCW（较野生型提高36%）
漆酶活性：228.58 U/L（提高75%）
粗蛋白含量：无显著变化
5L生物反应器验证
脂质含量：51% DCW（提高33%）
漆酶活性：240.43 U/L（提高87%）
粗蛋白含量：稳定
结论：M6突变体在多个重要指标（脂质积累、木质素降解酶活性、粗蛋白含量）上相比于WT有显著提升。
总结
本研究展示了一个强大的“创造-筛选”闭环平台，不仅为木质素高值化利用提供了创新解决方案，也为微生物遗传改造提供了可推广的技术框架。筛选得到的C. clavata J1（M6突变体）脂质含量达到51%DCW，漆酶活性提高87%，在木质素降解和脂质生产方面表现出显著优势，展示了其在工业化生产中的巨大潜力。其中，天木生物的DREM cell高通量皮升级液滴单细胞分选系统作为核心筛选工具，以其超高通量、极低样本消耗和精准分选能力，确保了在庞大的突变库中“大海捞针”成为可能，极大地加速了高性能菌株的选育进程。
DREM cell介绍
高通量皮升级液滴单细胞分选系统DREM cell是天木生物基于液滴微流控技术开发而成的超高通量单细胞分选平台，通过使用最新的微流控技术，每秒可以生成成千上万的微液滴（pL）,细胞包裹于微液滴之中，可进行生长、裂变、代谢、反应等生物生化过程，并与液滴之中的荧光筛子进行充分结合，产生不同强度的荧光信号；之后利用微液滴分选技术将低产出和高产出的细胞通过荧光信号分选出来并打印到多孔板中，实现分选过程的高通量化。
四大优势
1
液滴体系
DREM cell液滴微流控细胞分选仪的核心竞争力正源于其独特的液滴体系设计，微液滴即独立反应器，相对于平台物种丰富度更高。
2
效率提升
3
成本优化
DREM cell设备自动化减少了人工干预，基础设施与耗材成本显著下降。
4
自动打印
DREM cell最快2-3分钟即可打印完成96孔板，准确率≥98%。
引言：
近日，中国科学院天津工业生物技术研究所吴信团队在《Bioresource Technology》 (IF: 9) 上发表了题为 “Integrated base editing and microfluidics boost microbial lipid production from lignin” 的最新研究成果。该研究成功构建了一种将铜诱导碱基编辑与高通量皮升级液滴单细胞分选系统DREM cell相结合的创新平台，最终筛选出一株具有优良性状的Curvularia clavata J1菌株突变体M6。在摇瓶培养中，M6实现了细胞干重 (DCW) 49%的脂质含量（提升36%）和228.58 U/L的漆酶活性（提升75%）。在生物反应器中进一步验证，达到51% DCW的脂质含量（提升33%）和240.43 U/L的漆酶活性（提升87%）。转录组学表明增强的脂肪酸、固醇和甘油脂生物合成将碳流重新导向富含油脂的单细胞蛋白。这项工作为木质素生物转化提供了一个整合框架，并突出了合成生物学与微流控技术整合用于工业菌株改造工程的潜力。
研究背景与目的：
木质素是植物细胞壁中含量丰富的可再生芳香聚合物，每年作为造纸和生物精炼副产品大量产生。如何将这种顽固的“废物”高效转化为高附加值产品（如单细胞蛋白和微生物油脂），是当前绿色生物制造面临的重大挑战。
传统的菌株改良方法存在育种周期长、筛选通量低、劳动强度大等瓶颈。本研究旨在开发一个高效、集成的菌株工程框架，通过前沿的基因组编辑技术创造多样性，并利用超高通量微流控筛选平台快速锁定目标菌株，从而打通木质素到油脂的高效转化路径。
实验流程：
1.创造多样性：构建Cu²⁺诱导型碱基编辑器
研究者在弯孢菌J1中构建了一个新型的MCM5-AID碱基编辑器。该系统可在铜离子诱导下，在全基因组范围内产生随机的C-to-T/G-to-A突变，从而创造出一个拥有丰富遗传多样性的突变库。
2.超高通量筛选：天木生物DREM Cell
研究人员将突变后的菌株突变库与FITC标记的木质素底物一同包裹在皮升级（pL）液滴中，形成独立的“微反应器”。
高效液滴生成：DREM cell系统以每秒3000个液滴的速度，精准包裹每个单细胞。
实时活性检测：在液滴内，菌株分泌的木质素衍生物释放荧光信号，其强度直接反映菌株的降解能力。
精准分选：系统通过激光检测每个液滴的荧光强度，并以每秒300个液滴的速度，将荧光信号最强的“优势液滴”（代表降解能力最强的突变体）精准分选出来。
实验结果：
图1：木质素降解能力比较
C. clavata J1在木质素降解方面具有显著优势，并通过基因表达分析发现木质素的代谢途径对其基因表达产生了显著影响。
图2：Cu2+诱导的表达系统
没有Cu2+的情况下，荧光蛋白未被表达；随着Cu2+浓度的增加，荧光蛋白的表达逐渐增强，浓度200μM Cu2+下诱导效果最佳，且不影响菌株生长。通过Cu2+诱导的基因表达系统，能够精确控制基因编辑过程，保证了基因编辑的有效性和可控性。
图3：微流控筛选平台
基于MCM5-AID编辑器的随机突变产生约80,000个突变株，研究团队利用高通量皮升级液滴单细胞分选系统DREM cell作为超高通量微流控液滴筛选平台，筛选流程如下：
1
原生质体单细胞液滴生成
8 pL/滴，3000滴/秒
2
培养与注入
3
荧光检测
漆酶降解木质素释放FITC，产生荧光信号（488nm激发/525nm发射）
4
荧光分选
300滴/秒，从80000个突变株中筛选出来20个快速生长菌株，最终获得高性能突变株M6
图4：M6突变体与WT菌株比较结果
摇瓶发酵性能
脂质含量：49% DCW（较野生型提高36%）
漆酶活性：228.58 U/L（提高75%）
粗蛋白含量：无显著变化
5L生物反应器验证
脂质含量：51% DCW（提高33%）
漆酶活性：240.43 U/L（提高87%）
粗蛋白含量：稳定
结论：M6突变体在多个重要指标（脂质积累、木质素降解酶活性、粗蛋白含量）上相比于WT有显著提升。
总结
本研究展示了一个强大的“创造-筛选”闭环平台，不仅为木质素高值化利用提供了创新解决方案，也为微生物遗传改造提供了可推广的技术框架。筛选得到的C. clavata J1（M6突变体）脂质含量达到51%DCW，漆酶活性提高87%，在木质素降解和脂质生产方面表现出显著优势，展示了其在工业化生产中的巨大潜力。其中，天木生物的DREM cell高通量皮升级液滴单细胞分选系统作为核心筛选工具，以其超高通量、极低样本消耗和精准分选能力，确保了在庞大的突变库中“大海捞针”成为可能，极大地加速了高性能菌株的选育进程。
DREM cell介绍
高通量皮升级液滴单细胞分选系统DREM cell是天木生物基于液滴微流控技术开发而成的超高通量单细胞分选平台，通过使用最新的微流控技术，每秒可以生成成千上万的微液滴（pL）,细胞包裹于微液滴之中，可进行生长、裂变、代谢、反应等生物生化过程，并与液滴之中的荧光筛子进行充分结合，产生不同强度的荧光信号；之后利用微液滴分选技术将低产出和高产出的细胞通过荧光信号分选出来并打印到多孔板中，实现分选过程的高通量化。
四大优势
1
液滴体系
DREM cell液滴微流控细胞分选仪的核心竞争力正源于其独特的液滴体系设计，微液滴即独立反应器，相对于平台物种丰富度更高。
2
效率提升
3
成本优化
DREM cell设备自动化减少了人工干预，基础设施与耗材成本显著下降。
4
自动打印
DREM cell最快2-3分钟即可打印完成96孔板，准确率≥98%。
