微白色放线菌转换变种

放线菌能生产种类繁多的次级代谢产物，而微生物发酵是人们获取这些天然产物的重要手段。对于某一目标产品，野生菌株的产量一般难以满足工业生产的要求，需要经过长期的菌株驯化以提升产量。小分子生物传感器与液滴微流控的组合已被证明是放线菌菌株改造和高通量筛选的有效手段。然而，在菌株驯化过程中，目标产物的产量往往是阶段上升的，而多数生物传感器仅能在一定的操作范围内响应目标化合物，难以支持从野生菌株到工业菌株多阶段的长期驯化。因此，在不同的菌株改造阶段，需要不同性能参数的生物传感器相适配以实现高通量筛选。近日，中国科学院天津工业生物技术研究所高通量编辑与筛选平台实验室研究员王猛带领的科研团队，通过对红霉素生物传感器的多轮迭代诱导和筛选，获得了一系列不同灵敏度和操作范围的生物传感器。通过表征实验，该团队证明了转录调控因子（TF）的表达水平与生物传感器灵敏性之间的关联，展示了调控TF蛋白表达水平是改变TF生物传感器性能参数的一种快速而便捷的方法。为了模拟工业菌株驯化过程，该团队从两株产量不同的红霉素生产菌株出发进行液滴共培养实验，证明了生物传感器性能参数与生产菌株产量范围的适配性是成功筛选的前提条件，并从两个不同初始产量红霉素生产菌株文库中筛选到产量提升6.8倍的突变株。基于基因组学的生物信息学分析使该团队在高产突变株中挖掘到多个有益位点，以指导未来的理性代谢工程改造。相关研究成果发表在ACS Synthetic Biology上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、合成生物学海河实验室重大攻关类项目、中国科学院青年创新促进会及天津市合成生物技术创新能力提升行动的支持。小分子生物传感器的改造和高通量筛选过程

大多数人身上携带真菌白色念珠菌，没有它会引起很多问题。然而，这种真菌的全身感染是危险的并且难以治疗。很少有抗菌剂是有效的，而且它的耐药性正在增加。包括格罗宁根大学副教授 Albert Guskov 在内的一个国际科学家小组已经使用单粒子冷冻电镜来确定真菌核糖体的结构。他们的研究结果近日发表在《科学进展》上，揭示了新药的潜在目标。白色念珠菌通常不会引起任何问题，或者只是容易治疗的皮肤瘙痒感染。然而，在极少数情况下，它可能会导致可能致命的全身感染。现有的抗真菌药物会引起很多副作用并且价格昂贵。此外，白色念珠菌的耐药性越来越强，因此确实需要新的药物靶点。“我们注意到没有抗真菌药物针对蛋白质合成，而一半的抗菌药物会干扰这个系统，”Guskov说。造成这种情况的一个原因是真菌核糖体，即将遗传密码转化为蛋白质的细胞机器，在人类和真菌中非常相似。所以，你需要一种非常有选择性的药物来避免杀死我们自己的细胞。——Albert Guskov，格罗宁根大学副教授原子分辨率因此，Guskov 和他的合作者推断，获得白色念珠菌核糖体的结构对于寻找药物靶点很有价值。经典的方法是从纯化的核糖体中生长晶体，并使用 X 射线晶体学确定它们的结构；然而，这是一项费力的技术。相反，他们使用单粒子冷冻电镜，其中大量单粒子在电子显微镜中在非常低的温度下成像。从不同角度看到的单个粒子的图像随后被组合以产生原子分辨率的结构。突变' 通过这种方式，我们解决了空缺和抑制剂结合的真菌核糖体的结构，并将它们的功能与酵母和兔子的核糖体进行了比较——后者作为人类核糖体的模型——并重复了与不同核糖体结合的核糖体抑制剂，”Guskov 解释道。其中一种抑制剂是抗微生物放线菌酮 (CHX)，已知白色念珠菌对其具有抗药性。通过比较这些结构，科学家们注意到在蛋白质合成中起关键作用的 E 位点的单个突变阻止了 CHX 与白色念珠菌核糖体结合。 ' 突变将这个E位点结构中的一个氨基酸从脯氨酸改变为谷氨酰胺。这种替代减少了结合位点的大小，因此抑制剂不能附着，因此无效。另一种抑制剂叶花苷不会被突变阻断。威胁' 通过比较白色念珠菌和人类空缺核糖体中 E 位点的结构以及不同抑制剂与该位点结合方式的信息，我们可以开发出一种特异性抑制剂，它可以阻断真菌核糖体，但不能阻断人类的核糖体。这将成为治疗真菌感染的选择性药物。科学家们目前正在筛选分子库以寻找药物先导物。 “开发针对白色念珠菌的疫苗极具挑战性，就像我们针对冠状病毒所做的那样。因此，我们需要药物来治疗全身感染，”Guskov解释道。 “这种真菌日益增加的耐药性是一个真正的威胁。如果这种情况继续下去，除非开发出新药，否则我们可能会遇到严重的麻烦。Source:University of GroningenJournal reference:Zgadzay, Y., et al. (2022) E-site drug specificity of the human pathogen Candida albicans ribosome. Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.abn1062.

HD5000 多谱超分辨菌落成像系统HD5000多谱超分辨菌落成像系统是迅数科技2020出品、软硬件顶级配置的旗舰机型，符合人体工学的全金属机箱设计，精致、坚固。独特设计的平皿莱因伯格照明系统，具有156种组合照明模式，可为平皿、多孔板菌落、细胞克隆、病毒蚀斑拍摄华美的影像，是图像数据保存、文献发表的有力工具。4/3英寸超大面阵CMOS传感器与大视场高清定焦镜头搭配，菌落影像通透、色彩细腻，完美展现培养基深层微小菌落，抑菌圈轮廓清晰、锐利，保证了图像分割的精度和重现性。软件功能丰富、易用，融菌落计数、抑菌圈测量、菌种筛选三大功能于一体。可实现：快速统计、多算法高级统计、网格滤膜、3M测试片、典型菌筛选、菌株特性描述、双圈分析、抑菌圈测量。。。 微生物平皿成像的“数字影棚” l “数字影棚”的光源控制 专业设计的平皿载样舱，可实现培养皿的雾光漫反射照明、悬浮暗视野照明、彩色凌透背光照明、多谱莱茵伯格照明，紫外激发照明，拍出不同寻常的科研级精美照片。 光源控制器采用隐藏式吸弹门设计，具6路照明选择开关、4通道无级亮度调节、双通道色温调节、12路彩色背景选择、12路莱因伯格光选择。 l 多谱莱因伯格照明多谱莱因伯格照明是迅数独创的平皿大视场暗域照明技术，12通道不同波长的可见激发光以环幕逆透射聚光照明菌落，辅以不同的彩色凌透光，可构成156种组合照明模式，使培养基形成均匀的背景色，菌落勾勒出鲜亮的自然色泽与轮廓。无需化学染色，即可使菌落或细胞克隆实现无损光着色，便于观察细微结构，识别、计数。莱因伯格照明实际样张： l 悬浮式暗视野照明 悬浮式暗视野由暗域轮廓光与黑色背景构成。柔和的白色LED轮廓光，使平皿中央到边缘的菌落得到均匀的照明，而光线几乎穿透培养基，形成黑色背景下的亮色菌落，菌落与培养基形成高反差，可清晰勾勒菌落轮廓。超分辨率 锐利展现菌落细节1.1英寸大视场高清定焦镜头，通过较大程度地控制多种像差，无论是暗视野照明、雾光漫反射照明、莱因伯格照明，都能呈现高分辨力、高对比度的画质。 2100万像素 4/3英寸超大面阵彩色SONY CMOS 传感器，采用双层降噪技术，具有极高的灵敏度以及超低噪声，能以无损图像品质呈现细微的色差和丰富的细节信息。 高保真镜头与大面阵相机的完美搭配，更能区分不同菌落、菌落与杂质、菌落与培养基之间的差异，从而提高菌落计数、筛选的精度。 更多图像算法 提高菌落计数精度 迅数创造性地研究出适合复杂菌落分割计数的快速活动轮廓模型、多相水平集活动轮廓模型等先进的图像分割技术，实现了复杂菌落、高难度平皿的准确计数。 (a) 水平集函数示意 (b) 曲线演化过程水平集活动轮廓模型的基本原理图像识别分割案例：多粘连细菌菌落计数 微小菌的识别计数：适合支原体、AMES 、嗜冷菌分析 真菌菌落计数滤膜菌落的识别计数 显色菌落的识别计数 高效、精确 菌种数字化筛选l 无损伤的多谱光学染色识别技术 通过多光谱莱茵伯格照明的光学染色技术，让菌落或克隆形成鲜艳的颜色，便于观察、辨别菌落的色彩和纹理细节，结合染色抗干扰精密统计技术，可以提高不同菌落识别的精度，减少培养基不平整、杂质干扰的影响。 l 不同菌群自动分类识别 微生物研究中有时需要在多菌混杂情况下把目标菌分类统计出来。不同菌种菌落的色泽、大小、轮廓存在微小特征差异。HD5000的“单色分类统计、指定多色筛选、多色自动聚类”工具可实现高精度识别某一类菌落，或自动聚类区分不同颜色的菌落。 l 双圈分析通过精确测量透明外圈直径和菌落直径，自动计算二者面积比和直径比，并根据比值的大小自动排序，定位出相应的菌落。适用于“抑菌圈、透明圈、变色圈、生长圈、水解圈、溶磷圈、排油圈、溶钙圈、溶血圈”分析，辅助抗生素、酶制剂、有机酸产生菌和石油、农药降解菌的高效筛选。 l 病毒滴度分析-蚀斑/噬菌斑计数 悬浮式暗视野照明使得敏感细菌菌层为白色，烈性噬菌斑形成的透明斑为黑色；莱茵伯格照明可让结晶紫或中性红染色的细胞层着色明艳，病毒空斑更易观察。影像的锐度与反差，帮助实现蚀斑/噬菌斑的准确分割和精确计数。 l 菌丝生长速率分析工具 菌丝生长速率、菌丝生长抑制率、对峙培养分析、室内毒力测定等实验常采用十字交叉法测量菌落直径。由于多数霉菌菌落蔓延、疏松、边缘发散不规则，测量的人为误差大，效率低。迅数“霉菌一键测量”模块，只需用“魔棒”在菌落边缘点击一次，即可瞬间测出大霉菌的面积、周长、长径、短径。 l 免疫学研究 迅数-多区域统计算法可以轻松实现任意多个区域的同步一键计数，可用于肺炎链球菌荚膜多糖特异性抗体调理吞噬杀菌试验（OPKA）和抗体依赖补体介导的体外血清杀菌试验（SBA） l 多孔板克隆计数 高分辨率的HD5000还可用于多孔板的克隆成像。莱茵伯格照明能使结晶紫染色的肿瘤或干细胞克隆鲜艳明亮；悬浮式暗视野照明，可使软琼脂克隆形成高反差的图像，自动计数大于50um的克隆或细胞团。 l Spot assay 点阵分析 Spot assay常用于检测不同培养液中细菌或酵母的生长率、培养液的连续梯度稀释或某个菌株基因突变型的高通量筛选 。“多区域动态调节统计”适用于此类分析。 抑菌圈自动测量l Szone 抑菌圈多模式测量技术抑菌圈测量常采用钢圈双碟法、纸片法、琼脂打孔法，由于试验环节诸多因素，如：抗生素溶液浓度、培养基质量、PH值、试验菌菌龄、培养时间等，使得最后形成的抑菌圈有些轮廓清晰，有些边缘模糊或不整齐并伴有破裂现象。 迅数“自动检测、拟圆逼近、三点定圆”三种算法，可适应不同类型抑菌圈的测量。 l 高对比、高分辨成像---保证测量精度 抑菌圈测量的关键是准确找到透明圈与底层菌的“边界线”。迅数专利设计的悬浮式暗视野，使得透明的抑菌圈构成“黑背景”，与周边灰白色的菌层形成高反差。 测量精度取决于数字影像画质，而镜头与相机的组合对画质至关重要。HD5000采用光学分辨率达150LP/mm的大靶面定焦镜头，将通透无畸变的光信号通过4/3英寸大面阵CMOS芯片相机，转为高清细腻的抑菌圈数字图像。 l 抗生素效价测定 提供一剂量法、二剂量法、三剂量法及合并计算。一剂量法符合美国药典，二剂量法和三剂量法符合中国药典2020版。仪器重复性自检，测量相对误差≤0.002mm；均匀性自检，相对误差≤0.1％。主要功能与技术指标一、 照明系统? 全封闭钢铝合金机箱（32×34×46cm）：精密、坚固，确保光密闭? 平皿载样舱：下拉式铝合金隔断窗，消除环境杂散光干扰，阻断紫外泄露、避免灰尘进入? 雾光漫反射照明1) 96颗LED列阵与纳米反射材料构成嵌入式雾光系统， 360°连续漫反射，凸显菌落色泽和纹理，消除玻璃培养皿折射形成的光斑、光环。2) 色温变化范围：3100K－5800K 照度范围 50-—7000 Lux 3) LED寿命≧20000 小时? 悬浮暗视野照明白色LED光源，照度范围 100—5500 Lux 显色指数74%? 彩色（12色）凌透背光照明1) 可调式LED导光列阵，形成均匀、高亮的12种色彩透射光2) 照度均匀度大于90%，确保培养皿边缘与中间得到均匀照明? 多谱莱茵伯格照明1) 12通道可见激发光、环幕逆透射，与凌透背光可构成156种组合照明模式2) 多光谱模式可降低培养基不平整、色变的影响，减少琼脂杂质的干扰3) 无损光着色技术与抗干扰精密统计技术结合，增强菌落之间细微颜色差异辨别，显著提高菌落识别、筛选的精度? 紫外反射光源：254nm用于腔体消毒、紫外诱变 ；366nm 可用于荧光激发? 光源控制器1) 隐形弹吸式控制面板，6路照明选择开关、4通道无级亮度调节、双通道色温调节2) 照明组合 自由切换 二、 数字成像? 1.1英寸大靶面高清工业定焦镜头，镜头中央与边缘都保持150 lp/mm的分辨率? 超大面阵CMOS相机： SONY 4/3英寸彩色CMOS 传感器， 分辨率：2100万像素 单像素尺寸：4.54X4.54um三、 菌落分析模块1. 基本菌落计数功能? 平皿类型：倾注、涂布、膜滤、螺旋平皿、3M纸片 ? 全皿菌落统计：菌落总数统计，并按25档尺寸分类显示? 区域选择统计：可选择圆形、矩形、任意圈定区域进行统计? 多域平行统计：一次性多区域同步统计；多区域“镂空”统计? 直径分类统计：设置直径范围，统计特定大小的菌落? 鼠标点击统计：快速标记、添加菌落，适合培养皿边缘菌落的计数? 菌落粘连分割：自动分割相互粘连的菌落，链状菌落由用户选择分割或不分割2. 快速菌落统计? 滚轮参数调节统计（4种）：均质平皿、背景不均、微小菌落、彩色背景? 一键响应统计（3种）：单色统计、霉菌统计、反式统计3. 高级菌落统计? 动态调节统计：可对统计结果进行动态调节修正，快速获取最佳统计效果。? 偏差预估统计：适用于菌落颜色多且复杂的情况。? 水平集多模型算法：搜索运算，获取最佳图像分割效果，适应培养基背景变换? 特定菌落统计：根据菌落色泽、大小、轮廓特征，识别特定菌落? 反式统计：适合菌落类型极其复杂而培养基背景均匀? 高粘连菌统计：适合多重粘连菌的分割计算? 杂菌、杂质剔除：根据形态、尺寸、颜色的区别，进行自动杂菌、杂质剔除? 螺旋菌落统计：根据FDA标准自动计数螺旋平板，支持指数模式、缓慢指数模式、均一模式、比例模式、草坪模式等。兼容美国SBI、西班牙IUL螺旋接种仪。 4. 网格滤膜与3M测试片? 黑色实线网格一键统计? 3M细菌总数测试片、3M金黄色葡萄球菌测试片：一键统计? 3M大肠菌群测试片、3M大肠杆菌/大肠菌群快速测试片：一键统计+人工选择5. 典型菌筛选? 单色分类统计：根据颜色精度、扩散度和菌落大小、轮廓特征，筛选特定菌落? 多色自动聚类：根据颜色聚类精度，自动区分24种不同颜色的菌落? 指定多色筛选：一次筛选1-8种指定颜色菌落? 透明圈特性分析：适用于抑菌圈、水解圈、变色圈、溶钙圈、溶血圈、排油圈、溶磷圈分析? 双色圈自动筛选6. 菌落特征描述? 细菌、酵母：颜色、大小、形状、表面形态、边缘、光泽、透明度等特征，智能描述和排序? 霉菌、放线菌：正面颜色、反面颜色、大小、表面形态、边缘、质地等特征，智能描述和排序7. 微生物限度分析工具? 培养基适用性检查? 控制菌检查-菌落形态8. 专项分析? 防霉检测：定量分析防霉等级? 多区域串联统计：适合培养基背景不均匀的复杂菌落? 多区域并联统计：适合多孔板、OPKA、SBA分析9. 高级工具? 网格清除：消除滤膜网格背景干扰? 人工计数修正：添加或删除菌落? 排除污染区域：鼠标勾勒任意污染区域，自动剔除污染区域的菌落数? 背景文字清除：自动消除记号笔干扰? 人工粘连分割：手动分割多重粘连菌落? 参数自动换算：培养皿直径、样本稀释度输入，实现自动换算? 文字、图形标注：各类绘图工具和中英文文字嵌入10. 标定与测量? 仪器标定：仪器自带标定、人工修正标定? 一键式快速测量：一键测定大菌落，适合真菌、放线菌的单菌落分析? 全皿自动测量：全皿菌落的等效直径、面积、长短径、周长、圆度分析? 多向标尺测量、手动精确测量：长度、角度、弧度、面积、弧线、任意曲线11. 图像处理? 图像调节：灰度图、负相图转换；亮度、对比度、饱和度调节；RGB调节? 图像增强：锐化、自适应增强? 图像滤波：中值滤波、高通滤波、高斯滤波、低通滤波、队列滤波、高通高斯? 边缘检测：Sobel算子、Robert算子、Laplace算子、垂直检测、水平检测? 形态学运算：腐蚀、膨胀、开运算、闭运算四、 数据安全与管理1. “系统、数据、操作、复核”四重系统架构，分设职能与权限，确保数据信息的安全、完整和真实? 系统管理员（最高层）：负责创建、管理所有操作员与审核员的账户和登入密码。确保操作员与操作员之间、操作员与审核员之间的账户隔离与数据隔离。? 数据管理员（副高层）：负责全部测试数据的档案管理、以及计算机的数据库管理。封存所有审核通过的测试报告或将原始图片、测试数据备份、导出，保证了数据的完整性、安全性。? 操作员：负责培养皿菌落的测试、自检、修正、形成电子报告、递交审核、对审核通过后的文件进行报告打印。? 复核员：负责对操作员递交的测试报告进行审核。核查数据输入与处理过程，但无权修改；对存疑报告作“审核退回”处理，要求操作员重新测试；对“审核通过”的报告将永久性存档，无论审核员还是操作员都无权再删除，以确保数据的原始性和真实性。2. 数据存储与导出? 以电子数据为主，记录：样本来源、编号、稀释度、平皿图片、识别效果、计数值、所用统计工具、参数设置、修正情况，确保记录信息完整。? 满足质量审计，存储的电子数据能以PDF或Excell格式打印输出3. 水印签章技术、防篡改技术、测试流程智能重构技术，实现有效的审计追踪? 防篡改技术1) 采用多用户登入管理，所有操作员、审核员的名字，被系统自动记录在操作流程和测试报告中；所有操作日期、审核日期，由计算机自动生成，避免错填或伪造。2) 全部操作流程，包括：菌落图片、培养皿尺寸、样本稀释度、统计工具、所用参数、测试所得的菌落总数、自检修正后的菌落总数等，由计算机自动记录在数据库中，操作员无法进行改动，为后续审计提供全部真实数据。? 水印签章技术“审核通过”的测试报告会自动生成操作员和审核员的账户电子签名，并在报告上加印防伪的“审核通过”水印签章。? 测试流程的智能重构技术1) “复核员”打开“等待审核”的测试记录，计算机自动复原操作员的全部流程和测试环境，包括：当时所测的培养皿图片、测试结果、培养皿尺寸、样本稀释度、采用的统计工具及所用参数、测试所得的菌落总数、修正情况… … 2) 通过测试环境和测试流程的重现，复核员可以追溯操作员的全部操作，复核测试结果的准确性，达到审计追踪目的。五、 抑菌圈分析模块1. Szone 抑菌圈多模式测量技术? 自动检测：基于抑菌圈轮廓的精确边缘检测，适合边缘清晰、圆形抑菌圈? 拟圆逼近：基于抑菌圈轮廓的圆形拟合逼近，适合边缘破裂、非标准圆形抑菌圈 ? 人工检测：鼠标点击抑菌圈边缘上三点成圆，适合边缘模糊的抑菌圈2. 抗生素效价测定? 一剂量法效价检测：适合美国药典? 二剂量法、三剂量法及合并计算：适合中国药典2020版? 重复性自检：相对误差≤0.01%、重复测量精度 ≤0.002mm ? 均匀性自检：相对误差≤0.05%? 台间测量差异≤0.2%3. 舒巴坦敏感β-内酰胺酶检验? 纯水验证：根据（A）、（B）、（D）产生抑菌圈，D-C≧3， B-A≦3 ，判定系统成立? 自动检测三个平行样本的（A）、（B）、（C）、（D）抑菌圈，并数据导入? 自动计算平行试验平均值，智能判别结果的阴阳性。? 无效报告自动预警六、 仪器规格与配置? 多谱超分辨菌落成像系统主机1台? 菌落分析软件、自动抑菌圈测量软件、抗生素效价测定软件、舒巴坦敏感β-内酰胺酶检验软件? 高端一体电脑:：双核四线程CPU/4G内存/1T硬盘/23"高清屏，Windows 10系统 杭州迅数科技有限公司 浙江省杭州市西湖区西湖科技园西园八路11号B座405室 邮编：310030 联系电话：0571-85125132、85020452、85124851 网址：www.shineso.com E-mail：shineso@shineso.com创新点：?全球首创的平皿大视场多光谱莱因伯格照明系统?具有156种组合照明模式?2100万像素4/3英寸超大面阵CMOS传感器与1.1英寸大靶面高清定焦镜头搭配，画质惊人迅数HD5000 多谱超分辨菌落成像系统