一种多功能高通量定向进化系统及定向进化方法技术方案

本发明专利技术属于实验仪器设备领域，具体涉及一种多功能高通量定向进化系统及定向进化方法。所述定向进化系统，包括：恒温装置、培养液单元、诱导剂单元、微生物培养单元、进化单元、信号检测单元、信号读取装置、空气过滤器、泵；培养液单元与微生物培养单元无菌连通；诱导剂单元和进化单元无菌连通；微生物培养单元和进化单元无菌连通；进化单元和信号检测单元无菌连通；信号检测单元和信号读取装置电连接；所述培养液单元、诱导剂单元、微生物培养单元和进化单元上分别设置有空气过滤器。本发明专利技术的设备及使用方法，可以实现在生物体内对目标基因自动进化，避免文库的建立以及大量的筛选工作和过多的人工干预，实现自动、高通量的定向进化。

A multi-functional high throughput directed evolution system and directed evolution method

【技术实现步骤摘要】
一种多功能高通量定向进化系统及定向进化方法
本专利技术属于实验仪器设备领域，具体涉及一种多功能高通量定向进化系统及基于该装置的定向进化方法。
技术介绍
在生物实验室中，定向进化是探索基因和蛋白功能的重要手段，目前现有的定向进化技术还停留在在建库-筛选的重复过程，需要大量的人力物力及时间去构建文库以及筛选合适的基因或蛋白,往往一轮进化就需要1周，进化效率低。专利CN102978104A公布了一种无动力自流式产氢微生物定向进化单元，但只能用于产气微生物的定向进化，也不能实现高通量、高效的定向进化。
技术实现思路
鉴于此，有必要针对上述问题提供一种多功能高通量定向进化单元及定向进化方法，可以实现连续进化且无需过多人为干预，即可实现高通量快速定向进化。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种多功能高通量定向进化系统，包括：恒温装置1、培养液单元2、诱导剂单元3、微生物培养单元4、进化单元5、用于反应进化进程的信号检测单元8、读取信号检测单元8的信号的信号读取装置9、维持各单元压力平衡的空气过滤器11、实现各单元之间液体流动的泵(第一泵201、第二泵301、第三泵401、第四泵402、第五泵501)；微生物培养单元4和进化单元5位于恒温装置1中，根据不同的微生物培养条件调整恒温槽的温度；培养液单元2与微生物培养单元4通过连接管无菌连通，第一泵201位于连接通路上；诱导剂单元3和进化单元5通过连接管无菌连通，第二泵301位于连接通路上；微生物培养单元4和进化单元5通过连接管无菌连通，第四泵402位于连接通路上；进化单元5和信号检测单元8通过连接管无菌连通，第五泵501位于连接通路上；信号检测单元8和信号读取装置9电连接。进一步的，所述定向进化系统还包括一废液池10；信号检测单元8与废液池10通过连接管无菌连通，排放检测废液；微生物培养单元4与废液池10通过连接管无菌连通，第三泵401位于连接通路上，控制反应液排放。进一步的，所述连接管包括无菌硅胶管、橡胶管等。进一步的，所述恒温装置1至少为一个，可以每个单元分别对应使用一个恒温装置，也可以几个单元共用一个恒温装置。所述恒温装置可选为水域恒温装置、电热恒温装置或蒸汽恒温装置等。所述恒温装置1也可以用震动恒温槽替代搅拌装置。进一步的，所述微生物培养单元4中设置有第一防水磁力搅拌器6以及配套的第一磁力转子601；进化单元5中设置有第二防水磁力搅拌器7以及配套的第二磁力转子701。进一步的，微生物培养单元4连接有OD自动检测设备，维持微生物培养单元中微生物的菌体密度。所述OD自动检测设备可用兼具控制功能的OD自动检测及反馈设备替换，根据检测结果和设定的标准自动控制第一泵201和401的流速，实现智能化维持微生物培养单元中微生物的菌体密度。进一步的，所述定向进化系统中，诱导剂单元3数量至少为1个。进一步的，所述定向进化系统中，进化单元5数量至少为1个。进一步的，所述定向进化系统的使用方法，包括：(1)将培养液单元2中装入培养液，诱导剂单元3中装入诱导剂，在微生物培养单元4中接种微生物；(2)开启第一泵201将培养液单元2中的培养液泵入微生物培养单元4中并固定培养体积，第一泵201的流速大于第四泵402的流速，第三泵401位于微生物培养单元4中的连接管与预设液面持平且泵速大于第一泵201的流速，这样设计可以保持微生物培养单元4的液体总体积不变，超过连接管口的微生物培养液则泵入废液池10；(3)待微生物培养单元4中的微生物培养到对数期，通过第四泵402将微生物培养液泵入进化单元5，进化单元5的微生物培养液体积小于微生物培养单元4的培养液体积，最好为微生物培养单元4中1/4-1/2之间，方便泵的流速调整，以使培养单元4中的微生物维持在对数生长期；第五泵501左侧位于进化单元5中的连接管与预设液面持平，第五泵501的流速大于第四泵402和第二泵301之和，可以保持进化单元5的进化体积不变；诱导剂单元3中的诱导剂通过第二泵301泵入进化单元5,诱导剂单元3的数量可以根据实验需求调整，如果实验需要多种诱导剂诱导基因突变，则可以使用多个诱导剂单元实现功能或者多种诱导剂混合配制放置在同一个诱导剂单元中，磁力搅拌器及其配套的磁力转子可以实现微生物培养单元4和进化单元5中液体的搅拌；(4)第五泵501泵出的微生物培养液进入检测器8进行信号检测，检测完毕的微生物培养液进入废液池；通过信号读取装置9反馈的信号，可以调整进化的筛选压力。本专利技术有益效果：本专利技术提供一种多功能高通量定向进化设备及使用方法，可以实现任何基因的进化,避免文库的建立以及大量的筛选工作，避免过多的人工干预，实现自动、高通量的定向进化。本专利技术中的磁力搅拌器及转子的功能可以用带震荡的水浴锅实现；检测器与报告基因相匹配即可，可以是荧光检测测器也可以是冷光检测器等；进化单元可以是多个大小合适的容器，分别与微生物培养瓶连接，实现高通量定向进化实验。本套装置可以用于直接进化微生物，比如微生物的各种耐受性，耐碱、耐酸、耐盐、耐金属离子等，也可以直接进化某一个基因，如酶、膜蛋白等。整个装置结构简单、价格低廉，能实现高通量操作；附图说明图1：本专利技术的定向进化系统结构图。图2：实施例2中辅助质粒AP1的基因图谱。图3：实施例2中辅助质粒AP2的基因图谱。图4：实施例2中提高突变率的质粒MP的基因图谱。图5：实施例2定向进化LacY突变累积结果图。附图标记：1、恒温装置；2、培养液单元；201、第一泵；3、诱导剂单元；301、第二泵；4、微生物培养单元；401、第三泵；402、第四泵；5、进化单元；501、第五泵；6、第一防水磁力搅拌器；601、第一磁力转子；7、第二防水磁力搅拌器；701、第二磁力转子；8、信号检测单元；9、信号读取装置；10、废液池；11、空气过滤器。具体实施方式为了更好地说明本专利技术所解决的问题、所采用的技术方案和所达到的效果，现结合具体实施例和相关资料进一步阐述。需要说明的是，本
技术实现思路
包含但不限于以下实施例及其组合实施方式。本专利技术实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购等途径获得的常规产品。本专利技术以乳糖转运蛋白LacY(SEQIDNO:1)为例，使用本专利技术定向进化系统进化LacY转运纤维二糖能力。实施例1：进化宿主的构建1)gIII蛋白表达质粒AP1的构建：gIII蛋白由噬菌体休克启动子J23109启动，启动子下游插入CelR蛋白的识别位点核酸序列。AP1图谱见图2，AP1(SEQIDNO:2)。2)功能蛋白CelR蛋白的表达质粒AP2构建：CelR由组成型启动子表达，AP2图谱见图3，AP2序列(SEQIDNO:3)。3)诱变质粒MP由DavidRLiu实验室赠送本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能高通量定向进化系统，其特征在于，包括：/n恒温装置、培养液单元、诱导剂单元、微生物培养单元、进化单元、信号检测单元、信号读取装置、空气过滤器、泵；/n所述微生物培养单元和进化单元位于恒温装置中；培养液单元与微生物培养单元通过连接管无菌连通，第一泵位于连接通路上；诱导剂单元和进化单元通过连接管无菌连通，第二泵位于连接通路上；微生物培养单元和进化单元通过连接管无菌连通，第四泵位于连接通路上；进化单元和信号检测单元通过连接管无菌连通，第五泵位于连接线路上；信号检测单元和信号读取装置电连接；/n所述培养液单元、诱导剂单元、微生物培养单元和进化单元上分别设置有空气过滤器用于维持气压平衡。/n

【技术特征摘要】
20181205 CN 20181148297951.一种多功能高通量定向进化系统，其特征在于，包括：
恒温装置、培养液单元、诱导剂单元、微生物培养单元、进化单元、信号检测单元、信号读取装置、空气过滤器、泵；
所述微生物培养单元和进化单元位于恒温装置中；培养液单元与微生物培养单元通过连接管无菌连通，第一泵位于连接通路上；诱导剂单元和进化单元通过连接管无菌连通，第二泵位于连接通路上；微生物培养单元和进化单元通过连接管无菌连通，第四泵位于连接通路上；进化单元和信号检测单元通过连接管无菌连通，第五泵位于连接线路上；信号检测单元和信号读取装置电连接；
所述培养液单元、诱导剂单元、微生物培养单元和进化单元上分别设置有空气过滤器用于维持气压平衡。


2.根据权利要求1所述的定向进化系统，其特征在于，所述定向进化系统还包括一废液池；信号检测单元与废液池通过连接管无菌连通；微生物培养单元通过连接管无菌连接废液池，第三泵位于连接通路上。


3.根据权利要求1所述的定向进化系统，其特征在于，所述恒温装置为震动恒温装置。


4.根据权利要求1所述的定向进化系统，其特征在于，所述微生物培养单元中设置有第一防水磁力搅拌器以及配套的第一磁力转子；所述进化单元中设置有第二防水磁力搅拌器以及配套的第二磁力转子。


5.根据权利要求1所述的定向进化系统，其特征在于，所述微生物培养单元连接有OD自动检测及反馈设备，维持微生物培养单元中微生...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小明，崔金明，刘陈立，袁海，
申请(专利权)人：广州中国科学院先进技术研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44