酵母工艺开发“双引擎”：高通量在线筛选+单细胞精准计数，让优化周期从“周”变“天”

酵母作为单细胞真菌，因其与高等真核生物高度保守的细胞结构和生理机制，加上培养简便、生长快速、易于基因操作等优势，已成为基础研究和重组蛋白生产的理想模式生物。在化学品、燃料、食品和制药等领域，酵母培养技术发挥着不可替代的作用。

但做酵母培养的同学们，这些坑你一定踩过：

本文将介绍如何运用BioLector微型生物反应器和Multisizer 4e库尔特计数器，实现酵母培养条件的优化和细胞生长的精准表征，让工艺开发周期从“按月算”变成“按天算”！

一

优化培养条件：

BioLector高通量筛选

BioLector微型生物反应器是一款小型化、自动化的高通量筛选系统，可同时监测pH、生物量、氧饱和度、振荡速度和荧光强度等多项培养参数。最关键的是，所有参数均可在线实时监测，无需停止振荡或取样，大大提高了实验效率。

实验案例：pH对蛋白表达的影响

以表达绿色荧光蛋白（GFP）的Hansenula polymorpha为模型，研究人员利用BioLector的微量流体32孔FlowerPlate微孔板，在pH 4.0-6.5范围内设置了多个pH梯度进行培养。通过在线监测GFP信号和pH值，系统评估了不同pH条件对蛋白表达的影响。

关键发现

实验结果显示，pH值越低，GFP表达启动越早，表达速率也越高。当pH设定为4.0时，蛋白的时空产率（STY）达到最高。这一发现为优化酵母蛋白表达工艺提供了重要参考。

汉逊酵母微流控批次培养，实现GFP在线检测与pH在线调控/监测。

* 计算汉逊酵母在不同pH值培养条件下所达到的GFP时空产率（STY）
** Space-time-yield (STY) ：时空产率，指单位培养体积、单位时间内产物的生成量（通常单位为g·L⁻¹·h⁻¹或mg·L⁻¹·h⁻¹），是评估生物工艺效率的关键参数。

借助BioLector的微量流体功能，研究人员可在一块微孔板上同时进行多达32个平行培养实验，每个实验设置不同的pH值。这种高通量筛选能力大大加速了工艺开发进程，使研究人员能够快速确定最佳培养条件。

二

细胞生长监测：

Multisizer 4e精准表征

细胞大小是揭示多种细胞机制的关键参数，包括细胞周期、渗透调节、细胞死亡、致病机制、吞噬作用和物种多样性等。Multisizer 4e采用经典的库尔特原理，可检测200 nm至1,600 μm范围内的颗粒，不受颗粒性质或光学特性的影响。

库尔特原理

悬浮在电解质溶液中的颗粒通过微小圆柱形孔道时，孔道两侧电极产生的电流会被通过的颗粒瞬间阻断，产生与颗粒体积成正比的电压脉冲。脉冲数量反映颗粒计数，脉冲幅度反映颗粒体积。这一原理使研究人员能够精确测定样品的体积、数量和细胞浓度，并实时检测细胞大小变化。

实验应用

使用100 μm孔径和数字脉冲处理（DPP）技术，研究人员对酵母培养物进行了详细分析。DPP技术可采集、存储和显示每个独立的脉冲信号，支持后续对脉冲谱的任意区域进行单独分析。

实验数据显示，该酵母培养物中的细胞大小分布在2-13 μm范围内。通过选择特定大小范围（如2.8-7 μm），可生成详细的细胞体积分布直方图，为研究细胞群体异质性提供精确数据。

Multisizer 4e的DPP技术可回溯分析特定脉冲区间，上图为脉冲高度vs宽度散点图；下图为对应的粒径分布直方图，展现酵母群体的异质（样品中酵母细胞的粒径分布（直径，μm））

技术优势

DPP技术提供超高分辨率和准确度（可检测1 mL样品中的1个颗粒），这是其他现有技术难以企及的。Multisizer 4e可广泛应用于：比较不同环境条件下的细胞大小以优化培养条件、评估不同时间点的样品以研究细胞大小随时间的变化，以及创建培养条件进行长期测量等。

三

联合应用优势1+1>2：

从工艺开发到质量控制的闭环

当BioLector XT遇上Multisizer 4e，你的酵母工艺开发进入“加速模式”：