微生物發(fā)酵等生物工藝是生物醫(yī)藥、食品化工等領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié)，而精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)培養(yǎng)參數(shù)、快速完成分子層面的轉(zhuǎn)錄組分析，是優(yōu)化培養(yǎng)條件、提升工藝產(chǎn)出的關(guān)鍵。但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)流程不僅耗時(shí)費(fèi)力，還難以實(shí)現(xiàn)高通量平行驗(yàn)證，大大拖慢了研發(fā)進(jìn)度。

好在技術(shù)的突破總能解決行業(yè)痛點(diǎn)！Hamilton Microlab STAR液體處理平臺(tái)與 bioREACTOR 48 DS生物反應(yīng)器整合，打造出一套自動(dòng)化解決方案，實(shí)現(xiàn)了酵母平行培養(yǎng)、在線參數(shù)監(jiān)測(cè)、RNA提取到長(zhǎng)讀長(zhǎng)RNA-Seq文庫(kù)制備的全流程自動(dòng)化，大幅提升了生物工藝開(kāi)發(fā)的效率和通量，為微生物培養(yǎng)工藝優(yōu)化提供了技術(shù)支撐。

一站式整合，全流程自動(dòng)化無(wú)縫銜接

這套系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì)在于將發(fā)酵培養(yǎng)與分子檢測(cè)的全流程整合在同一平臺(tái)，從接種物制備到最終的測(cè)序文庫(kù)構(gòu)建，除少量離心、測(cè)序步驟外，其余環(huán)節(jié)均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，真正做到了 “一站式" 實(shí)驗(yàn)。

高通量平行培養(yǎng)：依托 bioREACTOR 48 DS的24個(gè)微型攪拌式生物反應(yīng)器（工作體積11mL），可實(shí)現(xiàn)多條件平行發(fā)酵，且反應(yīng)器配備溫度控制、溶氧（DO）和pH在線傳感器，結(jié)合OD600光密度檢測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物量、溶氧、pH等關(guān)鍵參數(shù)，精準(zhǔn)把控培養(yǎng)狀態(tài)。

優(yōu)先級(jí)智能調(diào)度：搭載動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度軟件，可自動(dòng)執(zhí)行補(bǔ)料、pH調(diào)控、取樣等任務(wù)，其中RNA-Seq樣品制備任務(wù)被設(shè)為最高優(yōu)先級(jí)，能與發(fā)酵過(guò)程同步進(jìn)行，無(wú)需等待培養(yǎng)結(jié)束，大幅節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

自動(dòng)化分子實(shí)驗(yàn)：培養(yǎng)過(guò)程中觸發(fā)取樣后，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)完成酶法細(xì)胞裂解、磁珠法總RNA提取、RNA定量歸一化、cDNA文庫(kù)構(gòu)建等步驟，全程使用標(biāo)準(zhǔn)化試劑盒，保證實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性和穩(wěn)定性。

實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證！釀酒酵母碳源篩選表現(xiàn)亮眼

為驗(yàn)證系統(tǒng)性能，研究團(tuán)隊(duì)以野生型釀酒酵母為研究對(duì)象，評(píng)估了葡萄糖、丙酮酸、果糖、半乳糖、蔗糖、甘露糖6種碳源的培養(yǎng)效果，每種條件設(shè)置4個(gè)重復(fù)，全程由該自動(dòng)化平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)操作，各項(xiàng)數(shù)據(jù)表現(xiàn)十分出色。

1. 培養(yǎng)參數(shù)監(jiān)測(cè)：碳源特異性生長(zhǎng)模式清晰呈現(xiàn)

通過(guò)在線監(jiān)測(cè) OD600（生物量）和溶氧消耗，清晰觀察到釀酒酵母在不同碳源下的生長(zhǎng)曲線和代謝特征差異，為后續(xù)碳源篩選和培養(yǎng)條件優(yōu)化提供了直觀的表型數(shù)據(jù)。

2. RNA 提取：產(chǎn)量高、純度優(yōu)

對(duì)24個(gè)樣品完成自動(dòng)化RNA提取后，測(cè)得中位RNA產(chǎn)量達(dá)245.8 ng/μL，且所有樣品的A260/280均值為2.27、A260/230均值為2.54，符合高質(zhì)量RNA的純度標(biāo)準(zhǔn)，不同碳源組間的重復(fù)性良好，證明自動(dòng)化提取流程穩(wěn)定可靠。

3. 文庫(kù)構(gòu)建與測(cè)序：文庫(kù)產(chǎn)量達(dá)標(biāo)，測(cè)序數(shù)據(jù)優(yōu)質(zhì)

經(jīng)自動(dòng)化歸一化處理后，24個(gè)cDNA文庫(kù)的中位產(chǎn)量達(dá)37.7 ng/μL，滿足測(cè)序要求。后續(xù)MinION Mk1B測(cè)序共獲得24.4M，其中Q-score＞9的高質(zhì)量讀段21.73M，N50達(dá)918 bp，全長(zhǎng)讀段更是達(dá)到18.8M，為后續(xù)的差異基因表達(dá)分析提供了充足的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)。

核心優(yōu)勢(shì)匯總，解鎖生物工藝開(kāi)發(fā)新效率

相較于傳統(tǒng)的人工操作流程，這套整合自動(dòng)化平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在多個(gè)方面，契合生物工藝研發(fā)的高通量、高重復(fù)性需求：

高通量平行實(shí)驗(yàn)：最多支持48個(gè)獨(dú)立生物反應(yīng)器并行運(yùn)行，可高效開(kāi)展克隆篩選、多因素DOE實(shí)驗(yàn)，快速篩選培養(yǎng)條件；

全程自動(dòng)化操作：從發(fā)酵培養(yǎng)到文庫(kù)制備，大幅減少人工干預(yù)，最小化手動(dòng)操作時(shí)間，延長(zhǎng)無(wú)人值守時(shí)間，提升實(shí)驗(yàn)效率的同時(shí)避免人為誤差；

多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：pH、溶氧、生物量等關(guān)鍵參數(shù)在線檢測(cè)，精準(zhǔn)掌握培養(yǎng)動(dòng)態(tài)，可及時(shí)觸發(fā)取樣和后續(xù)分子實(shí)驗(yàn)；

數(shù)據(jù)銜接更順暢：表型培養(yǎng)數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)錄組分子數(shù)據(jù)無(wú)縫對(duì)接，從 “培養(yǎng)表型" 到 “基因表達(dá)" 實(shí)現(xiàn)一站式分析，為生物工藝優(yōu)化提供分子層面的理論支撐；

流程可擴(kuò)展性強(qiáng)：基于標(biāo)準(zhǔn)化的液體處理平臺(tái)和模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)研究需求適配不同的微生物培養(yǎng)、核酸提取和文庫(kù)制備方案，適配性廣。

總結(jié)

Hamilton Microlab STAR與bioREACTOR 48 DS的整合方案，將高通量平行發(fā)酵與長(zhǎng)讀長(zhǎng)RNA-Seq樣品制備進(jìn)行了創(chuàng)新性的自動(dòng)化融合，不僅解決了傳統(tǒng)生物工藝開(kāi)發(fā)中通量低、流程繁瑣、數(shù)據(jù)銜接不暢的問(wèn)題，還為微生物培養(yǎng)的分子機(jī)制研究提供了高效、穩(wěn)定的技術(shù)平臺(tái)。

這套方案適用于生物醫(yī)藥、工業(yè)發(fā)酵、微生物育種等多個(gè)領(lǐng)域的工藝開(kāi)發(fā)和基礎(chǔ)研究，助力研究人員更快地篩選培養(yǎng)條件、解析微生物代謝調(diào)控機(jī)制，加速生物工藝的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化！