用于酶开发的超高通量微流体酶筛选平台制造技术

描述了用于筛选酶变体的系统和方法，其中酶变体可以催化辅因子依赖性或辅因子非依赖性反应。性反应。性反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于酶开发的超高通量微流体酶筛选平台
[0001]相关申请
[0002]本申请根据35U.S.C.
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119(e)要求2020年4月13日提交的标题为“Generic Ultra
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High
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Throughput Microfluidic Enzyme Screening Platform for Enzyme Development”的美国临时申请号63/008,870和2021年1月4日提交的标题为“Generic Ultra
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High
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Throughput Microfluidic Enzyme Screening Platform For Enzyme Development”的美国临时申请号63/199,500的优先权，出于所有目的，其各自通过引用整体并入本文。


[0003]总体上描述了用于筛选酶的系统和方法。酶活性可以取决于辅因子的存在或者可以与辅因子的存在无关。

技术介绍

[0004]利用酶或其他生物催化剂以加速化学反应的生物催化是用于绿色和可持续合成的有用工具。与化学催化相比，生物催化具有无毒、温和的反应条件、高化学选择性、高区域选择性和高立体选择性以及经由级联反应进行一锅法多步合成的能力。因此，生物催化已经成为药物、食品和饮料、化妆品、香料和保健品行业、化学和生化制造以及合成生物学的重点关注领域。
[0005]对于生物催化在各个行业的成功应用，重要的是对于目标应用识别出具有高活性和期望选择性和稳定性的酶。尽管功能基因组学的进步已经允许从多种来源发现许多新酶，但由于细胞环境和工业环境之间的差异，大多数天然存在的酶并未针对实际应用进行优化。因此，涉及经由随机或靶向诱变产生酶变体以及随后筛选酶变体的方法例如定向进化已被用于微调酶用于实际应用。
[0006]传统的基于微量滴定板的酶筛选方法存在通量低和开发时间延长的问题。使用基于微流体的平台使得能够经由定向进化来进行高通量酶筛选以加速酶开发。然而，现有技术的基于微流体的技术大多数依赖于标记的反应底物(例如荧光团标记的底物)以在酶筛选过程中产生荧光信号。因此，需要改进的系统和方法。

技术实现思路

[0007]总体上描述了用于筛选酶的系统和方法。酶活性可以取决于辅因子的存在或者可以与辅因子的存在无关。在一些情况下，本公开内容的主题涉及相互关联的产品、对特定问题的替代解决方案、和/或一个或更多个系统和/或制品的多种不同用途。
[0008]在一个方面中，描述了针对一种或更多种特性筛选酶的方法，所述方法包括以下步骤：(a)产生复数个液滴，其中至少一个液滴包含：酶，反应底物，以及一种或更多种氧化还原辅因子或者一种或更多种氧化还原辅因子和一种或更多种检测试剂，其中酶将反应底物转化为目标产物；(b)检测从液滴发射的信号，其中信号为荧光信号、生物发光信号或化
学发光信号，(i)其中所述信号是在当反应底物被酶转化为目标产物时氧化还原辅因子被氧化或还原时发射的，或者(ii)其中所述信号是在当目标产物被液滴中的一种或更多种检测试剂进一步转化为后续产物时氧化还原辅因子被氧化或还原时发射的。
[0009]在另一个方面中，描述了针对一种或更多种特性筛选酶的方法，所述方法包括在流体装置中进行以下步骤，所述流体装置包括孵育区域，所述孵育区域包括复数个孵育室，所述复数个孵育室包括第一孵育室和第二孵育室，其中复数个孵育室被配置成允许复数个液滴连续流动，所述步骤为：培养液滴中的细胞以形成复数个细胞，同时使细胞从第一孵育室流动至第二孵育室；使液滴在孵育区域中连续流动，其中液滴包含酶、反应底物以及一种或更多种氧化还原辅因子或者一种或更多种氧化还原辅因子和一种或更多种检测试剂，其中酶将所述反应底物转化为目标产物；和从液滴中产生信号，其中信号为荧光信号、生物发光信号或化学发光信号。
[0010]在另一个方面中，包括一种流体系统，所述流体系统包括复数个液滴，所述复数个液滴包括第一液滴，所述第一液滴包含氧化还原辅因子，其中液滴中的氧化还原辅因子的浓度大于或等于5μM；包含液滴的微流体通道；和与微流体通道流体连通的液滴分选区域，其中液滴分选区域包括与所述微流体通道相邻的电极组。
[0011]在另一个方面中，描述了流体系统，所述流体系统包括包含复数个液滴的微流体通道，其中至少一个液滴包含氧化还原辅因子和检测试剂；以及其中检测试剂被配置成与氧化还原辅因子的氧化还原对反应以产生发光信号。
[0012]在又一个方面中，描述了流体系统，所述流体系统包括：第一试剂室，所述第一试剂室被配置成包含第一液体和复数个细胞，所述细胞中的至少一者包含酶；第二试剂室，其中第二室被配置成包含反应底物；载液室，所述载液室被配置成包含与第一流体不混溶的第二液体，并且与至少第一试剂室流体连通；合并区域，所述合并区域被配置成允许将第一液体和第二液体合并；与合并区域流体连通的孵育区域，其中所述孵育区域包括：复数个孵育室，所述复数个孵育室包括流体中的第一孵育室和第二孵育室，其中第一孵育室和第二孵育室被配置成允许液滴在所述室之间连续流动；与孵育区域流体连通的液滴分选区域，其中液滴分选区域包括检测区，检测区下游的电极组，所述电极组被配置成基于所述液滴中组分的检测对复数个液滴进行分选，收集通道，和废物通道；以及定位在孵育区域与液滴分选区域之间的气泡捕集器。在一些实施方案中，根据前述权利要求所述的流体系统，还包括在液滴分选区域内的第二载液室。
[0013]在又一个方面中，描述了流体系统，所述流体系统包括第一试剂室，所述第一试剂室被配置成包含第一液体和复数个细胞，所述细胞中的至少一者包含酶；第二试剂室，其中所述第二室被配置成包含反应底物；载液室，所述载液室被配置成包含与第一流体不混溶的第二液体，并且与至少第一试剂室流体连通；合并区域，所述合并区域被配置成允许将第一液体和第二液体合并；与合并区域流体连通的孵育区域，其中所述孵育区域包括复数个孵育室，所述复数个孵育室包括第一孵育室和第二孵育室；检测区，所述检测区包括第一检测器，其中第一检测器被配置成确定第一波长的第一发光信号和第二波长的第二发光信号，其中第一波长和第二波长不同；与孵育区域流体连通的液滴分选区域；检测区下游的电极组，所述电极组被配置成基于液滴中的一种或更多种组分的检测对复数个液滴进行分选；收集通道；和废物通道。
[0014]在另一个方面中，提供了针对一种或更多种特性筛选酶的方法，所述方法包括以下步骤：(a)产生复数个液滴，其中复数个液滴中的至少一者或更多者包含：酶，反应底物；以及一种或更多种氧化还原辅因子或者一种或更多种氧化还原辅因子和一种或更多种检测酶，其中酶将反应底物转化为目标产物；(b)检测从每个液滴发射的信号，其中信号为荧光信号、生物发光信号或化学发光信号，(i)其中所述信号是在当反应底物被所述酶转化为目标产物时一种或更多种氧化还原辅因子被氧化或还原时发射的；或者(ii)其中所述信号是在当目标产物被液滴中的一种或更多种检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种针对一种或更多种特性筛选酶的方法，所述方法包括以下步骤：(a)产生复数个液滴，其中至少一个液滴包含：酶，反应底物；以及一种或更多种氧化还原辅因子、或者一种或更多种氧化还原辅因子和一种或更多种检测试剂，其中所述酶将所述反应底物转化为目标产物；(b)检测从所述液滴发射的信号，其中所述信号为荧光信号、生物发光信号或化学发光信号，(i)其中所述信号是当在所述反应底物被所述酶转化为所述目标产物时所述氧化还原辅因子被氧化或还原时发射的，或者(ii)其中所述信号是在当所述目标产物被所述液滴中的所述一种或更多种检测试剂进一步转化为后续产物时所述氧化还原辅因子被氧化或还原时发射的。2.一种针对一种或更多种特性筛选酶的方法，包括：在流体装置中进行以下步骤，所述流体装置包括孵育区域，所述孵育区域包括复数个孵育室，所述复数个孵育室包括第一孵育室和第二孵育室，其中所述复数个孵育室被配置成允许复数个液滴连续流动，所述步骤为：培养所述液滴中的细胞以形成复数个细胞，同时使所述细胞从所述第一孵育室流动至所述第二孵育室；使所述液滴在所述孵育区域中连续流动，其中所述液滴包含酶、反应底物，以及一种或更多种氧化还原辅因子、或者一种或更多种氧化还原辅因子和一种或更多种检测试剂，其中所述酶将所述反应底物转化为目标产物；以及从所述液滴中产生信号，其中所述信号为荧光信号、生物发光信号或化学发光信号。3.一种流体系统，包括：复数个液滴，所述复数个液滴包括第一液滴，所述第一液滴包含氧化还原辅因子，其中所述液滴中的所述氧化还原辅因子的浓度大于或等于5μM；包含所述液滴的微流体通道；和与所述微流体通道流体连通的液滴分选区域，其中所述液滴分选区域包括与所述微流体通道相邻的电极组。4.一种流体系统，包括：包含复数个液滴的微流体通道，其中至少一个液滴包含氧化还原辅因子和检测试剂；以及其中所述检测试剂被配置成与所述氧化还原辅因子的氧化还原对反应以产生发光信号。5.一种流体系统，包括：第一试剂室，所述第一试剂室被配置成包含第一液体和复数个细胞，所述细胞中的至少一者包含酶；第二试剂室，其中所述第二室被配置成包含反应底物；载液室，所述载液室被配置成包含与所述第一流体不混溶的第二液体，并且与至少所述第一试剂室流体连通；合并区域，所述合并区域被配置成允许将所述第一液体和所述第二液体合并；与所述合并区域流体连通的孵育区域，其中所述孵育区域包括：复数个孵育室，所述复数个孵育室包括流体中的第一孵育室和第二孵育室，其中所述
第一孵育室和所述第二孵育室被配置成允许液滴在所述室之间连续流动；与所述孵育区域流体连通的液滴分选区域，其中所述液滴分选区域包括：检测区，所述检测区下游的电极组，所述电极组被配置成基于所述液滴中组分的检测对复数个液滴进行分选，收集通道，和废物通道；以及定位在所述孵育区域与所述液滴分选区域之间的气泡捕集器。6.根据前述权利要求所述的流体系统，还包括在所述液滴分选区域内的第二载液室。7.一种流体系统，包括：第一试剂室，所述第一试剂室被配置成包含第一液体和复数个细胞，所述细胞中的至少一者包含酶；第二试剂室，其中所述第二室被配置成包含反应底物；载液室，所述载液室被配置成包含与所述第一流体不混溶的第二液体，并且与至少所述第一试剂室流体连通；合并区域，所述合并区域被配置成允许将所述第一液体和所述第二液体合并；与所述合并区域流体连通的孵育区域，其中所述孵育区域包括复数个孵育室，所述复数个孵育室包括第一孵育室和第二孵育室；检测区，所述检测区包括第一检测器，其中所述第一检测器被配置成确定第一波长的第一发光信号和第二波长的第二发光信号，其中所述第一波长和所述第二波长不同；与所述孵育区域流体连通的液滴分选区域；所述检测区下游的电极组，所述电极组被配置成基于所述液滴中的一种或更多种组分的检测对复数个液滴进行分选；收集通道；和废物通道。8.根据前述权利要求所述的流体系统，还包括定位在所述第一检测器上游的第二检测器，任选地其中所述第二检测器被配置成接收第一波长的第一发光信号和第二波长的第二发光信号，其中所述第一波长和所述第二波长不同。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括基于与参照信号相比检测到的发射信号的水平针对所述一种或更多种特性筛选所述酶，其中与所述参照信号相比发射信号的水平变化表明所述酶具有所述一种或更多种特性。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括基于与参照信号相比检测到的发射信号的水平来分离所述液滴。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括基于与参照信号相比检测到的发射信号的水平对所述液滴进行分选。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在所述复数个液滴内培养细胞。13.根据前述权利要求所述的方法，其中培养包括在所述复数个液滴内使细胞增殖。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括使一个或更多个细胞裂解。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中检测包括检测细胞内或细胞表面展
示酶。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中检测包括检测细胞外酶。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在不存在NADH的情况下检测到与参照信号相比更低的信号。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在NADH的存在下发射具有590nm的激发波长和620nm的发射波长的荧光信号。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述酶为氧化还原辅因子依赖性酶并且所述信号是在当所述反应底物被所述酶转化为所述目标产物时所述氧化还原辅因子被氧化或还原时发射的。20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述酶为氧化还原辅因子非依赖性酶并且所述信号是在当所述目标产物被所述一种或更多种检测试剂进一步转化为后续产物时所述氧化还原辅因子被氧化或还原时发射的。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤a)中产生所述复数个液滴还包括在添加所述反应底物、检测试剂、一种或更多...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智，陈家宏，周康，李俊，刘击，阿克巴尔，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：