钯（Pd）是一种具有多样化物理化学性质的贵金属，在电子、催化剂、燃料电池和医药等行业均有广泛应用。鉴于钯在地球上的有限性和稀缺性，从溶液或废水中回收钯已经成为数十年来的研究热点，其中生物吸附法是一种绿色经济的回收方式。将金属结合蛋白展示在细胞表面可以显著增强微生物的金属吸附能力，目前，相关研究已报道了特异性结合Cu、Cd、Ca和Zn离子的金属结合蛋白，但关于高Pd离子亲和能力的蛋白/肽暂未见报道。随着分子生物学与蛋白质工程的发展，科研人员能够轻松建立大规模的金属结合蛋白质/肽文库，但如何高通量地从蛋白文库中筛选出高亲和力的Pd离子结合蛋白成为了关键瓶颈问题。
近日，中国科学院天津工业生物技术研究所赵国屏院士大师工作室张燕飞研究员团队在高通量测定微生物及人工合成多肽的金属离子吸附量方面取得了新进展。该团队将流式细胞技术（Flow Cytometry）引入对单个细胞钯离子吸附量的测定中，利用酵母细胞表面对钯离子的吸附量与流式细胞术中侧向散射（SSC）强度成正比的原理，开发了基于流式细胞技术的微生物表面稀贵金属吸附量的测定方法，并运用于从人工合成多肽酵母表面展示文库（3.4 107株菌株）中，高通量筛选高Pd离子吸附能力的菌株，进而实现了高Pd离子亲和能力多肽的高通量筛选。
研究人员首先利用酵母细胞吸附不同浓度的Pd离子，再分别用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和流式细胞技术测定了溶液中Pd离子浓度和菌体吸附后SSC的变化，确定了Pd离子吸附量与SSC值之间的线性关系，进而将微生物金属吸附量的测定方法从ICP-OES转为流式细胞技术。然后通过随机突变的方法，从EF hand多肽（高Ca离子亲和力）出发构建了丰度为107的多肽文库，并将该文库展示在酿酒酵母细胞表面。在表面展示酵母展示文库吸附Pd离子之后，通过流式细胞分选仪对SSC值在前1%的酵母细胞进行两轮分选、收集、扩培。最终，通过对所分选文库中单菌的吸附能力运用ICP-OES进行测定验证，获得了6株吸附能力显著提高的菌株，并测定了其展示在酵母表面的多肽的DNA编码序列。其中EF1多肽展示在酿酒酵母和大肠杆菌表面分别能将菌体Pd离子吸附能力提高30%和200%。
与传统测定微生物金属吸附能力的ICP-OES方法相比，该方法基于流式细胞技术，具有测量速度快（30秒/个样）、所需样品少（200 L）、灵敏度高、对细胞无损不致死等优点，且能够实现高通量流式分选。该方法有望针对特定金属离子，高效筛选特异性金属结合蛋白/多肽，优化蛋白/多肽对金属吸附的亲和性和选择性，进而解析蛋白质与金属离子的相互作用机理、推进微生物吸附法在稀贵金属、稀有金属以及稀土金属回收领域的应用。
该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和天津市合成生物技术创新能力提升行动的支持，相关研究结果近期发表于Journal of Hazardous Materials期刊。中国科学院天津工业生物技术研究所博士后谭玲为论文的第一作者，张燕飞研究员为论文的通讯作者。
文章链接
基于流式细胞技术测定酵母细胞钯吸附能力的原理图
酵母表面展示文库中筛选高钯离子吸附能力酵母的流程图
