在合成生物学与工业生物制造领域，构建一个“既听话又强壮”的微生物细胞工厂（MCF）对可持续生物制造至关重要。然而，两大“拦路虎”始终横亘在前：一是微生物顽固的主导代谢（如酿酒酵母的乙醇途径），二是生产过程中酸性产物积累带来的极端环境胁迫。
近日，湖北大学杨世辉教授团队在《Bioresource Technology》上发表了一项突破性研究。他们巧妙整合DMCI策略与适应性实验室进化（ALE），成功构建出耐受pH 2.2极酸环境的“零乙醇”酿酒酵母底盘，实现了多种C2-C4平台化合物（如2,3-BDO、D-乳酸、苹果酸）高达100 g/L的百克级量产。
在这项令人瞩目的成果背后，天木生物全自动微生物适应性进化仪EVOL cell起到了重要作用，将原本漫长、繁琐、不可控的进化过程，变成了一场高效、精准的“定向进化之旅”。
挑战：如何驯服“娇气”的工程菌
研究团队构建的DMCI底盘菌株（B3），引入了2,3-丁二醇（2,3-BDO）作为“代谢桥梁”，2,3-BDO的合成过程完美匹配了被切断的乙醇通路所过剩的NADH，使得重组菌株BY4741-B3实现了乙醇产量的完全清零，同时积累了11 g/L的2,3-BDO，彻底解决了PDC缺失带来的氧化还原失衡问题。
底盘菌株的构建与鉴定
但随之而来的是生长缓慢、对环境（尤其是酸性）极度敏感的问题。特别是当需要生产D-乳酸等有机酸时，产物时，发酵时，pH会急剧下降，细胞生长受到严重抑制，产量难以提升。传统的ALE实验依赖人工操作，劳动强度大、易污染、难以维持稳定的选择压力，且无法实时监控进化动态。面对长达4个月的连续进化需求，传统方法几乎不可能完成。
解决方案：EVOL cell，让进化“自动化”与“可视化”
EVOL cell全自动微生物适应性进化仪完美解决了上述痛点，成为这项研究成功的“加速器”。研究团队利用EVOL cell，在长达约100天的时间里，对DMCI底盘菌株进行了迭代式的适应性进化。整个过程分为两个阶段：
第一阶段：在含棉子糖/半乳糖为碳源的培养基中，逐步提高D-乳酸浓度（从30 g/L到40 g/L，pH从3.2降至2.5）。
第二阶段：切换碳源为葡萄糖，继续施加高浓度D-乳酸压力。
在整个过程中，EVOL cell展现了独特优势：
全自动连续培养与传代： EVOL cell自动完成培养、检测、传代、因子浓度配置等繁琐操作，确保了实验的连续性和稳定性，避免了人为误差和污染。
实时监控生长动态：通过实时监测OD600，研究人员可以清晰地看到菌群在压力下的生长曲线波动，精准把握进化的“脉搏”。
耐D-乳酸酵母菌株的ALE及表型验证
成果：从“几乎不生长”到“pH 2.2依然健壮”
在EVOL cell的助力下，经过100天的自动进化，研究团队成功获得了耐D-乳酸的突变株B3-ALE。
生长性能飞跃： 在无胁迫条件下，B3-ALE的最终生物量（OD600）比原始菌株B3提高了5倍。
极端酸耐受性： 在30 g/L D-乳酸（pH 3.2）的强压下，原始菌株几乎停滞生长，而B3-ALE的峰值OD达到3.3，甚至能在pH 2.2的极酸环境下扔能生长，48h后生物量达到2.3。
生产性能提升：进化后的底盘菌株，其2,3-BDO产量提升了198%，同时副产物甘油显著减少。
这一系列数据，生动地证明了EVOL cell在加速微生物进化、提升菌株环境耐受性方面的强大能力。
结语
本研究成果验证了全自动微生物适应性进化仪EVOL cell在工业微生物定向进化研究中的实用价值。其全自动、精准可控、实时监测的特性，有效解决了传统ALE实验的瓶颈问题，为科研人员提供了一种高效、可靠的实验工具。
对于正在开展菌株耐受性提升、代谢工程改造等研究的科研团队，EVOL cell可作为加速研究进程、降低实验复杂度的高效装备。我们期待该仪器在更多研究项目中发挥价值，推动微生物的适应性进化。
在合成生物学与工业生物制造领域，构建一个“既听话又强壮”的微生物细胞工厂（MCF）对可持续生物制造至关重要。然而，两大“拦路虎”始终横亘在前：一是微生物顽固的主导代谢（如酿酒酵母的乙醇途径），二是生产过程中酸性产物积累带来的极端环境胁迫。
近日，湖北大学杨世辉教授团队在《Bioresource Technology》上发表了一项突破性研究。他们巧妙整合DMCI策略与适应性实验室进化（ALE），成功构建出耐受pH 2.2极酸环境的“零乙醇”酿酒酵母底盘，实现了多种C2-C4平台化合物（如2,3-BDO、D-乳酸、苹果酸）高达100 g/L的百克级量产。
在这项令人瞩目的成果背后，天木生物全自动微生物适应性进化仪EVOL cell起到了重要作用，将原本漫长、繁琐、不可控的进化过程，变成了一场高效、精准的“定向进化之旅”。
挑战：如何驯服“娇气”的工程菌
研究团队构建的DMCI底盘菌株（B3），引入了2,3-丁二醇（2,3-BDO）作为“代谢桥梁”，2,3-BDO的合成过程完美匹配了被切断的乙醇通路所过剩的NADH，使得重组菌株BY4741-B3实现了乙醇产量的完全清零，同时积累了11 g/L的2,3-BDO，彻底解决了PDC缺失带来的氧化还原失衡问题。
底盘菌株的构建与鉴定
但随之而来的是生长缓慢、对环境（尤其是酸性）极度敏感的问题。特别是当需要生产D-乳酸等有机酸时，产物时，发酵时，pH会急剧下降，细胞生长受到严重抑制，产量难以提升。传统的ALE实验依赖人工操作，劳动强度大、易污染、难以维持稳定的选择压力，且无法实时监控进化动态。面对长达4个月的连续进化需求，传统方法几乎不可能完成。
解决方案：EVOL cell，让进化“自动化”与“可视化”
EVOL cell全自动微生物适应性进化仪完美解决了上述痛点，成为这项研究成功的“加速器”。研究团队利用EVOL cell，在长达约100天的时间里，对DMCI底盘菌株进行了迭代式的适应性进化。整个过程分为两个阶段：
第一阶段：在含棉子糖/半乳糖为碳源的培养基中，逐步提高D-乳酸浓度（从30 g/L到40 g/L，pH从3.2降至2.5）。
第二阶段：切换碳源为葡萄糖，继续施加高浓度D-乳酸压力。
在整个过程中，EVOL cell展现了独特优势：
全自动连续培养与传代： EVOL cell自动完成培养、检测、传代、因子浓度配置等繁琐操作，确保了实验的连续性和稳定性，避免了人为误差和污染。
实时监控生长动态：通过实时监测OD600，研究人员可以清晰地看到菌群在压力下的生长曲线波动，精准把握进化的“脉搏”。
耐D-乳酸酵母菌株的ALE及表型验证
成果：从“几乎不生长”到“pH 2.2依然健壮”
在EVOL cell的助力下，经过100天的自动进化，研究团队成功获得了耐D-乳酸的突变株B3-ALE。
生长性能飞跃： 在无胁迫条件下，B3-ALE的最终生物量（OD600）比原始菌株B3提高了5倍。
极端酸耐受性： 在30 g/L D-乳酸（pH 3.2）的强压下，原始菌株几乎停滞生长，而B3-ALE的峰值OD达到3.3，甚至能在pH 2.2的极酸环境下扔能生长，48h后生物量达到2.3。
生产性能提升：进化后的底盘菌株，其2,3-BDO产量提升了198%，同时副产物甘油显著减少。
这一系列数据，生动地证明了EVOL cell在加速微生物进化、提升菌株环境耐受性方面的强大能力。
结语
本研究成果验证了全自动微生物适应性进化仪EVOL cell在工业微生物定向进化研究中的实用价值。其全自动、精准可控、实时监测的特性，有效解决了传统ALE实验的瓶颈问题，为科研人员提供了一种高效、可靠的实验工具。
对于正在开展菌株耐受性提升、代谢工程改造等研究的科研团队，EVOL cell可作为加速研究进程、降低实验复杂度的高效装备。我们期待该仪器在更多研究项目中发挥价值，推动微生物的适应性进化。
