氨基酸领域：液滴微流控与ARTP诱变技术联用开启高产菌株高效选育新时代
氨基酸作为生物体内重要的基础代谢物，是食品、医药、饲料等多个领域的核心原料，其工业化生产水平直接关系到相关产业的发展上限。在氨基酸的工业制备体系中，微生物发酵因具备成本低、环境友好、产物纯度高等优势，成为主流生产方式，而选育高产、稳定的生产菌株则是提升发酵效率、降低生产成本的关键环节。
传统的菌株选育依赖固体平板单克隆分离、人工挑取与验证，不仅流程繁琐、耗时长久，还存在通量低、培养基利用率差的问题，难以满足大规模菌株库的高效筛选需求。与此同时，诱变技术虽能构建庞大的突变体库，却因缺乏高效筛选手段，无法快速锁定目标高产菌株，导致菌株选育的整体效率始终难以突破。在此背景下，天木生物结合液滴微流控技术与常压室温等离子体诱变技术（ARTP），为氨基酸高产菌株的高效选育提供了全新解决方案。
接下来，从天木生物微流控设备助力发表的众多科研成果中，选取两篇典型案例，深入探讨其在氨基酸领域的应用与落地。
氨基酸领域案例一
等离子体诱变+液滴微流控，筛选菌株新效率，谷氨酸产量提高25.8%！
谷氨酸棒杆菌是工业上重要的氨基酸生产菌，尤其常用于生产谷氨酸，通过诱变和筛选获得高产谷氨酸的菌株是代谢工程和工业生物技术的重要目标。传统的基于固体平板的微生物单克隆分离、培养和挑取方法，在高通量筛选（例如从大型微生物菌株库中筛选高产菌株）时，通常消耗大量时间、人力和物力资源，且通量低、培养基利用率低。自动化仪器虽然存在，但通常复杂且昂贵。
清华大学张翀教授团队使用ARTP处理C. glutamicum B2H001获得突变体库，并基于谷氨酸感应荧光传感器（iGluSnFr），使用MISS cell在3500个液滴中分选502个单克隆，随之选取11株进行后续验证。在摇瓶培养的最终验证中，最佳突变体1J11和1P18的谷氨酸产量相较于出发菌株分别提升了25.8%和19.1%，证实了筛选结果的有效性。
本研究利用高通量单细胞微升液滴筛选系统（MISS Cell）建立了对谷氨酸棒状杆菌进行自动化高通量筛选的工作流程，并鉴定出高产谷氨酸菌株。MISS Cell可作为通用平台，在高通量应用中高效生成单克隆菌落，克服了固体培养基的局限性，推动生物技术的快速发展。
图一 谷氨酸棒状杆菌B2H001在MISS Cell与传统固体平板法的菌株筛选流程对比
图二 谷氨酸棒状杆菌B2H001在MISS Cell微液滴系统中的筛选结果
氨基酸领域案例二
等离子体诱变+生物传感器，开发高性能L-精氨酸生产菌株，解锁生产新突破
L-精氨酸是一种高附加值的氨基酸，在制药和营养保健品行业具有广阔的应用前景。由于复杂的细胞内相互作用网络和全球代谢调控知识的不足，进一步释放微生物细胞工厂生产L-精氨酸的潜力以使其更具竞争力仍然面临挑战。
天津科技大学谢希贤教授团队结合多层次理性代谢工程，包括阻断降解途径、解除反馈抑制与强化合成途径、优化辅因子和前体供应等策略，得到一株生产性能显著提升的工程菌 ARG12 。随后构建出的ArgP-based生物传感器（pABIO1）对L-精氨酸浓度具有依赖性响应，并进行了系列优化成功提高其灵敏度。以工程菌 ARG12 作为出发菌株，利用两轮常压室温等离子体诱变育种（ARTP）获得大量突变株，结合精氨酸生物传感器pABIO1成功获得了精氨酸产量提升27.6%的大肠杆菌菌株。突变菌株ARG28的全基因组测序分析揭示了非直观的基因突变（如应激蛋白、膜蛋白、RNA聚合酶亚基）对L-精氨酸合成的关键作用，突破了传统代谢工程仅关注合成途径的局限；通过单独回补上述突变关键基因，精氨酸产量可有效提升10%~18%。
在5 L生物反应器中，最终工程菌株ARG28的L-精氨酸产量达到132 g/L，得率为0.51 g/g葡萄糖，产率为2.75 g/(L·h)，与文献中报道的其他菌株相比，这三项指标均达到了当前最高水平，且发酵副产物（如乙酸、L-鸟氨酸、L-瓜氨酸）未被检测到，表明代谢流高效地导向了L-精氨酸合成。
本研究结合多层次理性代谢工程和生物传感器辅助诱变筛选，以挖掘大肠杆菌生产L-精氨酸的潜力。与传统的低通量筛选方法相比，与生物传感器联用的BHTS平台极大地提升了从庞大突变库中筛选“精英”菌株的效率，并鉴定出多个全新的、具有指导意义的非直观有益靶点，最终实现了L-精氨酸生产水平的突破。
未来，随着液滴微流控技术的持续升级，其在氨基酸领域的应用场景将进一步拓宽，一方面可拓展至赖氨酸、苏氨酸等更多氨基酸种类的高产菌株选育，推动全品类氨基酸工业化生产水平的整体跃升；另一方面，可与合成生物学、人工智能等技术结合，实现菌株突变体库的智能设计与精准筛选，构建起更高效的菌株选育闭环。
天木生物液滴微流控技术与ARTP诱变技术的联用，为氨基酸高产菌株选育开辟了全新赛道，推动这一领域工作向精准化、高效化、自动化方向转型。随着技术的不断成熟与融合，液滴微流控技术必将在氨基酸领域释放更大的应用价值，为相关产业的高质量发展筑牢技术根基，也为生物制造行业的技术革新提供重要的实践范本。
氨基酸领域：液滴微流控与ARTP诱变技术联用开启高产菌株高效选育新时代
氨基酸作为生物体内重要的基础代谢物，是食品、医药、饲料等多个领域的核心原料，其工业化生产水平直接关系到相关产业的发展上限。在氨基酸的工业制备体系中，微生物发酵因具备成本低、环境友好、产物纯度高等优势，成为主流生产方式，而选育高产、稳定的生产菌株则是提升发酵效率、降低生产成本的关键环节。
传统的菌株选育依赖固体平板单克隆分离、人工挑取与验证，不仅流程繁琐、耗时长久，还存在通量低、培养基利用率差的问题，难以满足大规模菌株库的高效筛选需求。与此同时，诱变技术虽能构建庞大的突变体库，却因缺乏高效筛选手段，无法快速锁定目标高产菌株，导致菌株选育的整体效率始终难以突破。在此背景下，天木生物结合液滴微流控技术与常压室温等离子体诱变技术（ARTP），为氨基酸高产菌株的高效选育提供了全新解决方案。
接下来，从天木生物微流控设备助力发表的众多科研成果中，选取两篇典型案例，深入探讨其在氨基酸领域的应用与落地。
氨基酸领域案例一
等离子体诱变+液滴微流控，筛选菌株新效率，谷氨酸产量提高25.8%！
谷氨酸棒杆菌是工业上重要的氨基酸生产菌，尤其常用于生产谷氨酸，通过诱变和筛选获得高产谷氨酸的菌株是代谢工程和工业生物技术的重要目标。传统的基于固体平板的微生物单克隆分离、培养和挑取方法，在高通量筛选（例如从大型微生物菌株库中筛选高产菌株）时，通常消耗大量时间、人力和物力资源，且通量低、培养基利用率低。自动化仪器虽然存在，但通常复杂且昂贵。
清华大学张翀教授团队使用ARTP处理C. glutamicum B2H001获得突变体库，并基于谷氨酸感应荧光传感器（iGluSnFr），使用MISS cell在3500个液滴中分选502个单克隆，随之选取11株进行后续验证。在摇瓶培养的最终验证中，最佳突变体1J11和1P18的谷氨酸产量相较于出发菌株分别提升了25.8%和19.1%，证实了筛选结果的有效性。
本研究利用高通量单细胞微升液滴筛选系统（MISS Cell）建立了对谷氨酸棒状杆菌进行自动化高通量筛选的工作流程，并鉴定出高产谷氨酸菌株。MISS Cell可作为通用平台，在高通量应用中高效生成单克隆菌落，克服了固体培养基的局限性，推动生物技术的快速发展。
图一 谷氨酸棒状杆菌B2H001在MISS Cell与传统固体平板法的菌株筛选流程对比
图二 谷氨酸棒状杆菌B2H001在MISS Cell微液滴系统中的筛选结果
氨基酸领域案例二
等离子体诱变+生物传感器，开发高性能L-精氨酸生产菌株，解锁生产新突破
L-精氨酸是一种高附加值的氨基酸，在制药和营养保健品行业具有广阔的应用前景。由于复杂的细胞内相互作用网络和全球代谢调控知识的不足，进一步释放微生物细胞工厂生产L-精氨酸的潜力以使其更具竞争力仍然面临挑战。
天津科技大学谢希贤教授团队结合多层次理性代谢工程，包括阻断降解途径、解除反馈抑制与强化合成途径、优化辅因子和前体供应等策略，得到一株生产性能显著提升的工程菌 ARG12 。随后构建出的ArgP-based生物传感器（pABIO1）对L-精氨酸浓度具有依赖性响应，并进行了系列优化成功提高其灵敏度。以工程菌 ARG12 作为出发菌株，利用两轮常压室温等离子体诱变育种（ARTP）获得大量突变株，结合精氨酸生物传感器pABIO1成功获得了精氨酸产量提升27.6%的大肠杆菌菌株。突变菌株ARG28的全基因组测序分析揭示了非直观的基因突变（如应激蛋白、膜蛋白、RNA聚合酶亚基）对L-精氨酸合成的关键作用，突破了传统代谢工程仅关注合成途径的局限；通过单独回补上述突变关键基因，精氨酸产量可有效提升10%~18%。
在5 L生物反应器中，最终工程菌株ARG28的L-精氨酸产量达到132 g/L，得率为0.51 g/g葡萄糖，产率为2.75 g/(L·h)，与文献中报道的其他菌株相比，这三项指标均达到了当前最高水平，且发酵副产物（如乙酸、L-鸟氨酸、L-瓜氨酸）未被检测到，表明代谢流高效地导向了L-精氨酸合成。
本研究结合多层次理性代谢工程和生物传感器辅助诱变筛选，以挖掘大肠杆菌生产L-精氨酸的潜力。与传统的低通量筛选方法相比，与生物传感器联用的BHTS平台极大地提升了从庞大突变库中筛选“精英”菌株的效率，并鉴定出多个全新的、具有指导意义的非直观有益靶点，最终实现了L-精氨酸生产水平的突破。
未来，随着液滴微流控技术的持续升级，其在氨基酸领域的应用场景将进一步拓宽，一方面可拓展至赖氨酸、苏氨酸等更多氨基酸种类的高产菌株选育，推动全品类氨基酸工业化生产水平的整体跃升；另一方面，可与合成生物学、人工智能等技术结合，实现菌株突变体库的智能设计与精准筛选，构建起更高效的菌株选育闭环。
天木生物液滴微流控技术与ARTP诱变技术的联用，为氨基酸高产菌株选育开辟了全新赛道，推动这一领域工作向精准化、高效化、自动化方向转型。随着技术的不断成熟与融合，液滴微流控技术必将在氨基酸领域释放更大的应用价值，为相关产业的高质量发展筑牢技术根基，也为生物制造行业的技术革新提供重要的实践范本。
