快速、准确且同时定量多种代谢产物对于多视角、高通量、精准评估菌株性能至关重要。一种通用的方法或平台将缩短专有技术的开发周期，从而加快菌株开发过程。虽然基于质谱的检测技术可以实现多目标定量，但是，繁琐的样品预处理及耗时的色谱分离过程阻碍了其在合成生物学的大规模应用。

中国科学院天津工业生物技术研究所孙际宾研究员带领的系统生物学中心与郑平研究员带领的系统与合成生物技术研究组紧密合作，利用质谱仪和自动化设备，成功搭建了超高通量前处理与分析（Ultrahigh Throughput Pretreatment and Analysis，UTPA）平台，首次实现了秒级尺度的生物发酵样品的超高通量代谢物前处理和定量检测分析。UTPA平台分为定制化的样品预处理系统和声波激发质谱（ADE-OPI-MS）系统两部分。其中样品预处理系统由液体处理工作站、自动离心机、正压过滤、储板栈等模块组成，通过机械臂与声波激发质谱系统物理联动，可执行液体处理、转板、除菌等操作。声波激发质谱系统由声波液滴激发器、开放取样传输管和三重四极杆质谱仪（SCIEX 6500+）组成，可无接触、纳升级进样，检测速度可达1s/样。全部过程无人值守，具有分析速度快、定量准确度高、测量范围广、可同时检测多目标、样品抗干扰能力强、方法开发及数据处理简单、成本低等优点。

研究人员利用UTPA平台筛选了基于SCg5的谷氨酸高产菌株库中的部分菌株，通过设计多指标评价策略，同时检测谷氨酸（产物）、葡萄糖（底物）、谷氨酰胺（可能的干扰物和副产物）和乳酸（副产物）的浓度，建立了按照产物浓度高、糖酸转化率高、副产物少的多指标菌株评价策略，40分钟内从348个菌株中筛选到9个综合性能具有明显优势的谷氨酸生产菌株，且与复筛结果一致，大大降低了复筛工作量。与传统的LC-MS方法相比（筛选时间约2天），筛选过程加快了70倍以上。

UTPA是首个实现样品前处理与检测分析全部过程达秒级水平的自动化分析平台，其ADE-OPI-MS技术首次应用于合成生物学领域。目前，已成功应用于研究所正在建立的细胞工厂50多种目标产品的研究中，加速了研究所的研发过程。随着应用的深入，将显著缩短合成生物学DBTL循环周期，加快生命科学研究、细胞工厂/酶以及生物工艺的开发，为生物制造产业发展做出贡献。

该工作获得国家重点研发计划和天津市合成生物技术创新能力提升行动的支持，相关研究成果发表在国际知名期刊Journal of Pharmaceutical Analysis期刊。中国科学院天津工业生物技术研究所张志丹高级工程师、张超副研究员、客座硕士研究生张旭为论文的共同第一作者，孙际宾研究员、郑平研究员和沈阳药科大学刘昌孝院士为该论文的通讯作者。

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UTPA平台的装备布局及工作流程

基于UTPA平台的谷氨酸高产菌株筛选