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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
國家發(fā)展改革委員會印發(fā)的《“十四五"經(jīng)濟發(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)未來發(fā)展的新賽道，成為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。
伴隨著生物學(xué)、生物信息學(xué)、計算機科學(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—構(gòu)建—測試—學(xué)習(xí)"的 DBTL 循環(huán)，可以實現(xiàn)對底盤細胞進行多維度的改造，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)計能力的不足，合成生物學(xué)依然處于依賴大量試錯的階段。因此利用高通量自動化技術(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 通過高通量全自動樣品前處理系統(tǒng)與質(zhì)譜檢測技術(shù)結(jié)合，不僅把樣本分析速率提升到秒級，并且結(jié)合了質(zhì)譜靈敏度高、特異性強的優(yōu)勢，以及集成的自動在線樣品前處理功能為加速合成生物學(xué)設(shè)計及研發(fā)提供了強有力支撐。
對于高通量自動化菌株篩選，借助 Agilent RapidFire-MS 技術(shù)可以更加精準(zhǔn)快速地篩選表達目標(biāo)產(chǎn)物的工程菌株，并通過不斷進行構(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
針對關(guān)鍵酶的定向進化，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化的篩選進程。
合成生物學(xué)中另一個重要環(huán)節(jié)是對代謝通路的構(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)可以對構(gòu)建代謝通路得到的海量樣本進行快速解析，同時深入挖掘并進行代謝重構(gòu)，從而實現(xiàn)通過代謝調(diào)控獲得具有工業(yè)價值的高產(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 高通量全自動質(zhì)譜樣品前處理系統(tǒng)可容納 96、384、1536 孔板，通過集成的機械臂實現(xiàn)自動化多孔板處理，在無人值守的情況下執(zhí)行數(shù)千次乃至上萬次進樣。
Agilent RapidFire 系統(tǒng)中每根 SPE 柱可重復(fù)用于數(shù)千個樣品。從而大幅減少溶劑和消耗品的使用，節(jié)省每個孔的分析成本，并可降低樣品的復(fù)雜性；每個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題。
Agilent RapidFire 系統(tǒng)可與安捷倫四極桿質(zhì)譜儀及飛行時間質(zhì)譜儀聯(lián)用從而實現(xiàn)可靠、準(zhǔn)確的高通量測定；結(jié)合自動在線樣品前處理、高樣品容量、自動取樣、快速進樣、樣品管理和數(shù)據(jù)分析等功能，可大幅提高研發(fā)的自動化程度及效率。