定向進化是改變或提升蛋白質功能或活性的重要科技手段，其中，高通量篩選是提高定向進化效率的關鍵。常規的基於流式細胞儀或液滴微流控的篩選方法依賴於化合物的天然性質或生物感測器輸出的螢光等訊號，適用範圍相對有限。由於蛋白質功能往往與細胞生長密切相關，囙此可以通過設計人工營養缺陷型菌株，建立細胞生長和蛋白質特性之間的聯系，實現生長偶聯的蛋白質突變體高通量篩選。這種策略不僅能够通過簡單的生長富集快速獲得優勢突變體，還可以避免體外篩選和體內應用環境差异造成的干擾，囙此近年來受到越來越多的關注。
近日，中國科學院天津工業生物技術研究所系統與合成生物技術研究組和系統生物學平臺實驗室合作在Trends in Biotechnology發表邀請綜述，總結並展望了基於人工營養缺陷型菌株和生長偶聯篩選的蛋白質定向進化策略。文章首先對比了不同突變體篩選策略，闡述了生長偶聯的篩選策略具有高通量和低裝備需求的優勢。隨後，文章從細胞基本組分（如胺基酸）合成、關鍵中間代謝物（如乙醯輔酶A）供給，以及能量載體（如NADH）迴圈等三個角度，詳細總結了近年來設計構建人工營養缺陷型菌株用於生長偶聯的蛋白質定向進化的研究進展。最後，文章分別從計算類比的人工營養缺陷型菌株設計、體內連續突變和生長偶聯篩選結合，以及篩選嚴謹性與效率優化三個方面，對該策略現時的局限性和發展前景進行了討論和展望。
該工作得到國家重點研發計畫、中科院青促會、天津市“項目+團隊”重點培養專項等項目的支持。天津工業生物所高級工程師陳久洲為論文的第一作者，王鈺副研究員與鄭平研究員為共同通訊作者。
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基於人工營養缺陷型菌株和生長偶聯篩選的蛋白質定向進化策略