合成宏基因组学将数字信息转化为生物学功能.PDF

合成宏基因组学：将数字信息转化为生物学功能 优势 美国能源部联合基因组研究所（DoE JGI）的研究人员已经开发出了建立在高通量 筛选技术基础上的合成宏基因组学技术。这种技术可以将必威体育精装版一代测序获得的大量数  同时检测克隆和定量 荧光标记使用表现 字信息转化为有形的、可观察到的生物体。 型筛选克隆  从加样、涂布到挑取 简介 完全自动化工作流程 新一代测序技术已经发现了数以百万计的新型基因，包括所有的已知通路和功能  从样品涂布到挑取、 复制和重排记录并追 活性。这些新型基因里面包括了大量新型生物酶的基因，在能源和环境技术方面具有 踪样品数据 潜在用途，包括基础研究以及应用生物学技术等。最大的一个挑战就是如何将大量的 数字信息（序列，生物信息学，化学信息学）转化为可以观察、具有功能活性的生物  每天准确挑取超过 （酶活性，细胞死亡，蛋白表达等）。 30000 个筛选到的克 隆，效率98% DoE JGI 已经开发出了合成宏基因组学技术来克服这一挑战。基因和通路以一种 不依赖模板的方式被合成，快速经济有效地将数字信息转化为生物化学分子。 对于商业化生产纤维质生物燃料来说，一个主要的瓶颈就是缺少具有稳定高活性的酶，用于将生物 质转化为葡萄糖。离子液体可以被用于前处理溶解纤维素，增加可发酵糖的含量如葡萄糖。为了寻找合 适的工业相关的酶，要使用合成宏基因组学方法。能源部联合生物能源研究所（JBEI ）设计了特殊工业用 途的酶，这些酶要具备下面的条件：（i ）70 度的时候仍具有功能性酶活； （ii ）pH4.5 条件下仍然稳定； （iii ）对离子溶液具有耐受性。这个项目开始的时候，没有酶能够在这些条件下具有足够的活性。 Figure 1. 合成宏基因组学流程：DoE JGI 使用的一个宏基因组学研究流程 宏基因组学研究的标准流程图：在克隆和挑取阶段使用 QPix460 系统可以显著缩短整个流程的时间， 增加效率，避免了耗费人力易出错的人工过程。全自动的工作流程一周可以准确处理上万个克隆，而且 从涂布到挑取，具有完整的数据记录追踪，大大节省成本。 1 第一个研究目标就是已知的可以催化纤维二糖转化为葡萄糖的GH1s 酶家族。基于系统发育的方法使 我们能够从已有的上千序列里面选取200 个基因，获得最大的功能多样性。200 个基因里面，其中180 个基因被合成，然后使用QPix460 系统克隆到表达载体（Figure 2）。 Figure 2. 宏基因组学系统发育树分析，选择有代表性的基因家族 2 DoE JGI 开发的高通量自动化流程包括平行转化、涂布以及从每个基因变异里面挑取多样的克隆，用 于测序鉴定。QPix460 系统