Cultivo microbiano automatizado y evolución adaptativa utilizando el sistema de cultivo de microgotas microbianas (MMC)

Xingjin Jian; Xiaojie Guo; Jia Wang; Zheng Lin Tan; Xin-hui Xing; Liyan Wang; Chong Zhang

doi:10.3791/62800

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Artículo de método

Cultivo microbiano automatizado y evolución adaptativa utilizando el sistema de cultivo de microgotas microbianas (MMC)

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DOI:

10.3791/62800

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18 de febrero de 2022

Xingjin Jian^*¹^,² , Xiaojie Guo^*¹^,²^,³ , Jia Wang⁴ , Zheng Lin Tan¹^,²^,⁶ , Xin-hui Xing¹^,²^,⁵ , Liyan Wang³ , Chong Zhang¹^,²^,⁵

¹Department of Chemical Engineering, Institute of Biochemical Engineering, Tsinghua University, ²Key Laboratory of Industrial Biocatalysis, Ministry of Education, Tsinghua University, ³Luoyang TMAXTREE Biotechnology Co., Ltd., ⁴Biochemical Engineering Research Group, School of Chemical Engineering and Technology, Xi’an Jiaotong University, ⁵Center for Synthetic & Systems Biology, Tsinghua University, ⁶School of Life Science and Technology, Tokyo Institute of Technology

^* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Este protocolo describe cómo utilizar el sistema de cultivo microbiano de microgotas (MMC) para llevar a cabo el cultivo microbiano automatizado y la evolución adaptativa. MMC puede cultivar y subcultivar microorganismos de forma automática y continua y monitorear en línea su crecimiento con un rendimiento relativamente alto y una buena paralelización, reduciendo el consumo de mano de obra y reactivos.

Resumen

Los métodos convencionales de cultivo microbiano generalmente tienen operaciones engorrosas, bajo rendimiento, baja eficiencia y gran consumo de mano de obra y reactivos. Además, los métodos de cultivo de alto rendimiento basados en microplacas desarrollados en los últimos años tienen un estado de crecimiento microbiano deficiente y experimentan paralelización debido a su bajo oxígeno disuelto, mezcla deficiente y evaporación severa y efecto térmico. Debido a muchas ventajas de las microgotas, como el pequeño volumen, el alto rendimiento y la fuerte capacidad de control, la tecnología microfluídica basada en gotas puede superar estos problemas, que se ha utilizado en muchos tipos de investigación de cultivo microbiano de alto rendimiento, cribado y evolución. Sin embargo, la mayoría de los estudios previos permanecen en la etapa de construcción y aplicación del laboratorio. Algunos problemas clave, como los altos requisitos operativos, la alta dificultad de construcción y la falta de tecnología de integración automatizada, restringen la amplia aplicación de la tecnología microfluídica de gotas en la investigación microbiana. Aquí, se desarrolló con éxito un sistema automatizado de cultivo de microgotas microbianas (MMC) basado en tecnología microfluídica de gotas, logrando la integración de funciones como la inoculación, el cultivo, el monitoreo en línea, el subcultivo, la clasificación y el muestreo requeridos por el proceso de cultivo de gotas microbianas. En este protocolo, se tomaron como ejemplos escherichia coli (E. coli) MG1655 de tipo silvestre y una cepa de E. coli esencial de metanol (MeSV2.2) para introducir cómo usar el MMC para llevar a cabo el cultivo microbiano automatizado y de rendimiento relativamente alto y la evolución adaptativa en detalle. Este método es fácil de operar, consume menos mano de obra y reactivos, y tiene un alto rendimiento experimental y una buena paralelización de datos, lo que tiene grandes ventajas en comparación con los métodos de cultivo convencionales. Proporciona una plataforma experimental de bajo costo, fácil de operar y confiable para que los investigadores científicos realicen investigaciones microbianas relacionadas.

Introducción

El cultivo microbiano es una base importante para la investigación científica microbiológica y las aplicaciones industriales, que se utiliza ampliamente en el aislamiento, identificación, reconstrucción, cribado y evolución de microorganismos ^1,2,3. Los métodos convencionales de cultivo microbiano utilizan principalmente tubos de ensayo, matraces de agitación y placas sólidas como contenedores de cultivo, combinados con incubadoras de agitación, espectrofotómetros, lectores de microplacas y otros equipos para el cultivo, detección y detección microbiana. Sin embargo, estos mé....