引言：
在合成生物學與工業生物制造領域，構建一個“既聽話又強壯"的微生物細胞工廠（MCF）對可持續生物制造至關重要。然而，兩大“攔路虎"始終橫亙在前：一是微生物頑固的主導代謝（如釀酒酵母的乙醇途徑），二是生產過程中酸性產物積累帶來的環境脅迫。
近日，湖北大學楊世輝教授團隊在《Bioresource Technology》上發表了一項突破性研究。他們巧妙整合DMCI策略與適應性實驗室進化（ALE），成功構建出耐受pH 2.2極酸環境的“零乙醇"釀酒酵母底盤，實現了多種C2-C4平臺化合物（如2,3-BDO、D-乳酸、蘋果酸）高達100 g/L的百克級量產。
在這項令人矚目的成果背后，天木生物全自動微生物適應性進化儀EVOL cell起到了重要作用，將原本漫長、繁瑣、不可控的進化過程，變成了一場高效、精準的“定向進化之旅"。
挑戰：如何馴服“嬌氣"的工程菌
研究團隊構建的DMCI底盤菌株（B3），引入了2,3-丁二醇（2,3-BDO）作為“代謝橋梁"，2,3-BDO的合成過程匹配了被切斷的乙醇通路所過剩的NADH，使得重組菌株BY4741-B3實現了乙醇產量的清零，同時積累了11 g/L的2,3-BDO，解決了PDC缺失帶來的氧化還原失衡問題。
底盤菌株的構建與鑒定
但隨之而來的是生長緩慢、對環境（尤其是酸性）極度敏感的問題。特別是當需要生產D-乳酸等有機酸時，產物時，發酵時，pH會急劇下降，細胞生長受到嚴重抑制，產量難以提升。傳統的ALE實驗依賴人工操作，勞動強度大、易污染、難以維持穩定的選擇壓力，且無法實時監控進化動態。面對長達4個月的連續進化需求，傳統方法幾乎不可能完成。
解決方案：EVOL cell，讓進化“自動化"與“可視化"
EVOL cell全自動微生物適應性進化儀解決了上述痛點，成為這項研究成功的“加速器"。研究團隊利用EVOL cell，在長達約100天的時間里，對DMCI底盤菌株進行了迭代式的適應性進化。整個過程分為兩個階段：
第一階段：在含棉子糖/半乳糖為碳源的培養基中，逐步提高D-乳酸濃度（從30 g/L到40 g/L，pH從3.2降至2.5）。
第二階段：切換碳源為葡萄糖，繼續施加高濃度D-乳酸壓力。
在整個過程中，EVOL cell展現了獨特優勢：
全自動連續培養與傳代： EVOL cell自動完成培養、檢測、傳代、因子濃度配置等繁瑣操作，確保了實驗的連續性和穩定性，避免了人為誤差和污染。
實時監控生長動態：通過實時監測OD600，研究人員可以清晰地看到菌群在壓力下的生長曲線波動，精準把握進化的“脈搏"。
耐D-乳酸酵母菌株的ALE及表型驗證
成果：從“幾乎不生長"到“pH 2.2依然健壯"
在EVOL cell的助力下，經過100天的自動進化，研究團隊成功獲得了耐D-乳酸的突變株B3-ALE。
生長性能飛躍： 在無脅迫條件下，B3-ALE的最終生物量（OD600）比原始菌株B3提高了5倍。
酸耐受性： 在30 g/L D-乳酸（pH 3.2）的強壓下，原始菌株幾乎停滯生長，而B3-ALE的峰值OD達到3.3，甚至能在pH 2.2的極酸環境下扔能生長，48h后生物量達到2.3。
生產性能提升：進化后的底盤菌株，其2,3-BDO產量提升了198%，同時副產物甘油顯著減少。
這一系列數據，生動地證明了EVOL cell在加速微生物進化、提升菌株環境耐受性方面的能力。
結語
本研究成果驗證了全自動微生物適應性進化儀EVOL cell在工業微生物定向進化研究中的實用價值。其全自動、精準可控、實時監測的特性，有效解決了傳統ALE實驗的瓶頸問題，為科研人員提供了一種高效、可靠的實驗工具。
對于正在開展菌株耐受性提升、代謝工程改造等研究的科研團隊，EVOL cell可作為加速研究進程、降低實驗復雜度的高效裝備。我們期待該儀器在更多研究項目中發揮價值，推動微生物的適應性進化。
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