放线菌是重要的天然产物生产菌种，具有颇高的工业应用价值。多数工业放线菌难以进行基因操作，工业放线菌的驯化多依赖传统的随机诱变方法。而此类方法往往产生的随机库突变体数目庞大，正突变率低，传统的基于孔板培养和产量测定的低通量筛选方法难以与其适配，因此开发次级代谢产物导向的放线菌高通量筛选方法对于天然产物生产具有重要意义。

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员王猛带领的高通量编辑与筛选平台实验室，与天津科技大学教授花尔并团队合作，开发了基于全细胞感应菌与生产菌共培养的液滴微流控筛选方法WELCOME（whole-cell biosensor and producer co-cultivation based microfluidic platform for screening actinomycetes），首次实现了次级代谢产物导向的放线菌高通量筛选。研究以重要的大环内酯类抗生素红霉素为例，通过体外实验表征了大肠杆菌MphR生物传感器对于红霉素的感应情况，后在液滴中建立大肠杆菌与放线菌共培养体系，将生产菌红霉素的产量信息转化为可视化的感应菌大肠杆菌绿色荧光信号，通过优化分选参数，使红霉素高低产人工混库的FADS筛选富集率达到310.9。研究从一株红霉素高产工业菌株出发，利用WELCOME通过两轮迭代突变和筛选，在大于10万个突变株的随机库中筛选得到多个高产突变株，效价最高可提高50%。研究通过对多个高产突变株的基因组测序和生物信息学分析，筛选到3个对于产量提升有潜在作用的位点，解释了突变株的高产机制，并用反义RNA抑制策略验证了其中一个关键基因突变对于红霉素生物合成的影响，为进行菌株的理性代谢工程改造提供了可能的靶点。

在筛选方面，WELCOME方法无需对次级代谢产物生产菌进行基因操作，可规避工业放线菌的基因操作难题，且筛选过程快速高效，单轮筛选可压缩至45天之内，并可通过多轮迭代诱变和筛选获得更优异的突变株。该方法变革了原有的产物导向的放线菌筛选模式，对于其他工业放线菌的驯化和筛选具有借鉴意义。

相关研究成果作为封面文章发表在ACS Synthetic Biology上。研究工作得到国家重点研发计划、合成生物学海河实验室重大攻关类项目及天津市合成生物技术创新能力提升行动的支持。

封面文章

WELCOME高通量筛选工作流程

来源：中国科学院天津工业生物技术研究所