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合成生物學(xué)前沿 | 高通量 RapidFire-MS賦能合成生物學(xué)效率提升
國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)印發(fā)的《“十四五"經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中，提出“開展前沿生物技術(shù)創(chuàng)新"。其中合成生物學(xué)作為引領(lǐng)未來(lái)發(fā)展的新賽道，成為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。
伴隨著生物學(xué)、生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、化學(xué)及材料等多學(xué)科的迅猛發(fā)展，合成生物學(xué)基于“設(shè)計(jì)—構(gòu)建—測(cè)試—學(xué)習(xí)"的 DBTL 循環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤細(xì)胞進(jìn)行多維度的改造，大幅提高目標(biāo)代謝產(chǎn)物生產(chǎn)水平及生產(chǎn)效率，將涵蓋醫(yī)藥、化工、能源、食品和農(nóng)藥等各個(gè)領(lǐng)域。
但由于生物系統(tǒng)高度復(fù)雜性及目前理性設(shè)計(jì)能力的不足，合成生物學(xué)依然處于依賴大量試錯(cuò)的階段。因此利用高通量自動(dòng)化技術(shù)賦能 DBTL 循環(huán)，加速合成生物學(xué)迭代能力，是合成生物學(xué)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化并最終到工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵一環(huán)。Agilent RapidFire-MS 通過(guò)高通量全自動(dòng)樣品前處理系統(tǒng)與質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)結(jié)合，不僅把樣本分析速率提升到秒級(jí)，并且結(jié)合了質(zhì)譜靈敏度高、特異性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，以及集成的自動(dòng)在線樣品前處理功能為加速合成生物學(xué)設(shè)計(jì)及研發(fā)提供了強(qiáng)有力支撐。
對(duì)于高通量自動(dòng)化菌株篩選，借助 Agilent RapidFire-MS 技術(shù)可以更加精準(zhǔn)快速地篩選表達(dá)目標(biāo)產(chǎn)物的工程菌株，并通過(guò)不斷進(jìn)行構(gòu)建與迭代，最終可篩選得到高產(chǎn)的工程菌株。
圖 1. 數(shù)秒內(nèi)完成在線樣品前處理及 MS 檢測(cè)
針對(duì)關(guān)鍵酶的定向進(jìn)化，質(zhì)譜技術(shù)與傳統(tǒng)酶活性篩選使用的比色法和熒光法等相比具有更高的專一性、靈敏度及分析通量。Agilent RapidFire-MS 技術(shù)對(duì)于復(fù)雜樣本中低濃度目標(biāo)物可在數(shù)秒內(nèi)完成準(zhǔn)確且可靠的高通量定量分析，從而極大加速酶定向進(jìn)化的篩選進(jìn)程。
合成生物學(xué)中另一個(gè)重要環(huán)節(jié)是對(duì)代謝通路的構(gòu)建及優(yōu)化，以得到創(chuàng)新型目標(biāo)產(chǎn)物。利用 Agilent RapidFire-MS 質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可以對(duì)構(gòu)建代謝通路得到的海量樣本進(jìn)行快速解析，同時(shí)深入挖掘并進(jìn)行代謝重構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)代謝調(diào)控獲得具有工業(yè)價(jià)值的高產(chǎn)工程菌株。
安捷倫高通量篩選合成生物學(xué)解決方案
圖 2. Agilent RapidFire-MS 系統(tǒng)
Agilent RapidFire 高通量全自動(dòng)質(zhì)譜樣品前處理系統(tǒng)可容納 96、384、1536 孔板，通過(guò)集成的機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化多孔板處理，在無(wú)人值守的情況下執(zhí)行數(shù)千次乃至上萬(wàn)次進(jìn)樣。
Agilent RapidFire 系統(tǒng)中每根 SPE 柱可重復(fù)用于數(shù)千個(gè)樣品。從而大幅減少溶劑和消耗品的使用，節(jié)省每個(gè)孔的分析成本，并可降低樣品的復(fù)雜性；每個(gè)樣品的分析周期僅數(shù)秒，可以很好地解決合成生物學(xué)高通量樣本分析瓶頸問(wèn)題。
Agilent RapidFire 系統(tǒng)可與安捷倫四極桿質(zhì)譜儀及飛行時(shí)間質(zhì)譜儀聯(lián)用從而實(shí)現(xiàn)可靠、準(zhǔn)確的高通量測(cè)定；結(jié)合自動(dòng)在線樣品前處理、高樣品容量、自動(dòng)取樣、快速進(jìn)樣、樣品管理和數(shù)據(jù)分析等功能，可大幅提高研發(fā)的自動(dòng)化程度及效率。