O sistema de otimização de triagem de variedades de alto fluxo é usado principalmente para triagem e otimização de cepas microbianas por meio de métodos automatizados eficientes, especialmente em áreas como fermentação microbiana industrial, produção de medicamentos e governança ambiental. Os métodos de triagem de cepas são geralmente baseados em técnicas que incluem:
1. Triagem do meio de cultura
Escolha do meio adequado: a triagem de cepas geralmente requer a escolha de diferentes meios para promover o crescimento e a produção de produtos dos micróbios alvo. Diferentes componentes do meio afetam os metabólicos da cepa e, portanto, é necessário projetar um meio específico de acordo com o produto alvo ou a função alvo.
Otimização do meio: a capacidade de produção de metabólicos da cepa pode ser otimizada ajustando as fontes de carbono, nitrogênio, minerais e pH no meio.
2. Tecnologia de triagem de alto fluxo
A tecnologia de triagem de alto fluxo (HTS) permite a detecção paralela de características de um grande número de cepas em um curto período de tempo. Métodos comuns de filtragem de alto fluxo incluem:
Método de placa microporosa: Use placas microporosas com fluxo de 96, 384 ou superior para rastrear rapidamente o crescimento de várias cepas, síntese de produtos e outras manifestações.
Detecção de culturas líquidas: Medir automaticamente a taxa de crescimento da cepa, a concentração de metabólicos e outras informações através de sistemas automatizados de processamento de líquidos para selecionar as cepas com o melhor desempenho.
Método de sonda fluorescente: Use marcadores fluorescentes ou corantes para rastrear rapidamente cepas excelentes detectando o crescimento da cepa ou alterações nos metabólitos.
Microscopia automatizada: combina técnicas de análise de imagem com varredura automática por microscópio e análise morfológica de colônias para selecionar as melhores cepas de amostras em grande escala.
3. Triagem genômica
Edição de genes: Utilize ferramentas de edição de genes como CRISPR/Cas9 para alterar direcionadamente o genoma do microbio para aumentar a capacidade de produção do produto alvo ou otimizar vias metabólicas específicas.
Varredura de todo o genoma: selecionar cepas potenciais através da sequência e análise do genoma, com foco nos genes metabólicos ou tolerantes com vantagem.
Análise do transcritoma: Análise do perfil de expressão genética de uma cepa por meio de RNA-seq para triagem de cepas que mostram alta atividade na via metabólica alvo.
Triagem de metabólicos
Análise cromatográfica: Usando técnicas como cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), cromatografia a gás (GC), cromatografia de camada fina (TLC), para detectar os metabólitos de cepas em condições específicas de cultura e selecionar cepas com maior capacidade de produção de metabólitos.
Espectroscopia de massa (MS): Análise quantitativa e qualitativa dos metabólitos da cepa em combinação com espectroscopia de massa para triagem adicional de cepas com maior rendimento.
5. Triagem de resistência
Teste de resistência a medicamentos: para triagem de resistência específica, como resistência a antibióticos ou tolerância a metais pesados, a triagem de alto fluxo pode ser realizada por meio de placas resistentes a medicamentos ou culturas líquidas para encontrar as cepas que se adaptam a condições ambientais especiais.
Triagem de adaptação ambiental: durante certos processos de fermentação industrial, as cepas podem precisar trabalhar em condições ambientais específicas, como altas temperaturas, baixo pH ou ambientes com alto sal. As cepas adaptativas podem ser encontradas através da triagem nessas condições extremas.
Triagem da atividade enzimática
Detecção da atividade enzimática: se a cepa alvo produzir uma determinada enzima, pode ser usado um substrato apropriado para detectar a atividade enzimática, por exemplo, usando um substrato de pigmento para determinar a reação catalítica da enzima. Este método permite a triagem rápida de cepas com alta atividade enzimática.
Calibração da fluorescentase: Utilizando o substrato de marcação fluorescente e o sistema de detecção para detectar a atividade da enzima através de mudanças de fluorescença e selecionar cepas de excelente desempenho.
7. Triagem Integrada
Triagem de múltiplos indicadores: combinando a taxa de crescimento da cepa, o rendimento do produto, a tolerância, as propriedades metabólicas e outros fatores, a avaliação abrangente seleciona uma cepa excelente. Este método é frequentemente operado em combinação com plataformas de automação de alto fluxo que permitem a filtragem em grande escala e de alta eficiência.
Aplicação de plataformas de automação
Os sistemas de triagem de alto fluxo são geralmente equipados com plataformas de automação que automatizam o processamento de amostras, culturas, testes e análises. Por exemplo, a combinação de robôs de processamento de líquidos e microscópios automatizados permite a triagem de um grande número de cepas em pouco tempo.
Análise e otimização de dados
Análise de Big Data: otimize ainda mais as estratégias de triagem e melhore a precisão e eficiência da triagem de cepas através da análise estatística e de aprendizado de máquina de dados de triagem de alto fluxo.
Algoritmos de aprendizagem de máquina: Usar algoritmos de aprendizagem de máquina para analisar o impacto de diferentes parâmetros (como temperatura, pH, nutrientes, etc.) no desempenho da cepa durante a cultura e automatizar estratégias de triagem otimizadas.
Através desses métodos, os sistemas de otimização de triagem de bactérias de alto fluxo permitem a triagem rápida e eficaz de cepas potenciais para pesquisa posterior ou aplicações industriais.