On-Chip筛选系统的应用：新型酶筛选助力通用O型血研发新突破
2026-07-14 来源:本站 点击次数:99这项极具突破性的研究，由来自加拿大不列颠哥伦比亚大学化学系、病理学与检验医学系、微生物学与免疫学系等多领域的科研人员联合完成，Stephen G. Withers教授为通讯作者。研究成果于2024年8月发表在《ACS Catalysis》期刊，题为《Ultrahigh-Throughput Single Emulsion Droplet Screening for the Discovery of New B Antigen Cleaving Enzymes》。团队开发使用了On-chip的筛选系统，成功从人类肠道微生物组的宏基因组文库中，筛选出一种新型α-1,3-半乳糖苷酶（PvGH110），该酶能够高效将B型红细胞转化为通用型O型红细胞，为解决临床输血中的血型匹配难题提供了全新方案。
01 研究背景：输血困境与血型转化的长期探索
O型血红细胞表面缺乏A、B抗原，仅含基础的H抗原，因此可安全输注给同Rh血型的各类患者，是临床急救中至关重要的“通用血”。早在上世纪80年代，科学家就提出通过酶促去除A、B抗原末端糖类，将A、B型血转化为O型血的设想，并利用来源于咖啡豆的α-半乳糖苷酶实现了B型血向O型血的转化，但需使用大量酶且反应条件不利于红细胞存活。2007年虽发现了适用于A型血转化的酶，但活性和特异性仍不理想。
02 技术瓶颈：传统筛选方法的局限性
此前研究已证实，通过α-半乳糖苷酶去除B型红细胞末端半乳糖可实现B型向O型的转化，但传统微孔板筛选需消耗数十毫克复杂底物，且使用单糖底物初筛时易被细菌蜜二糖酶干扰，导致无法识别真正的B抗原剪切酶。
研究团队设计了一种新型B抗原六型四糖荧光底物（Galα1-3(Fucα1-2)Galβ1-4Glcβ-JB），其特有的Jericho Blue荧光团在pH 7.0条件下带负电荷，能有效避免微滴间荧光泄漏问题。配合偶联酶Afca33（α-岩藻糖苷酶）和Abg34（β-半乳糖苷酶），形成级联反应体系，含有B抗原剪切酶（α-1,3-半乳糖苷酶）的蓝色荧光阳性液滴与灰色阴性液滴形成对比。
03 核心论证：直观呈现筛选与验证全过程
研究团队将宏基因组文库单克隆、底物、耦合酶等封装进油包水单乳液滴，培养48小时后通过On-Chip Sort仪器筛选出荧光强度超背景3倍的阳性液滴（共筛选138,496个液滴，获得93个阳性液滴）。阳性液滴破乳后培养克隆，经二次筛选获得167个候选克隆，最终通过测序鉴定出新型酶PvGH110。该流程仅消耗30μg底物，较传统方法减少2500倍。
通过流式细胞术直观展示了PvGH110与已知高效酶AgaBb和BfGal110A在B型红细胞上的活性对比。橙色代表B抗原阳性细胞，蓝色代表仅含H抗原（成功转换）的细胞。无大分子拥挤剂条件下三种酶均能实现部分B抗原清除，但转换不完全，证明单独使用时效率有限。40kDa葡聚糖拥挤剂条件，所有酶均实现完全转换，O型红细胞群占主导。PvGH110的表现与两种已知最优酶相当，证明其实际应用价值。大分子拥挤剂通过增加酶在细胞表面的局部浓度，显著提高了转化效率。
04 实验结论：筛选平台与新型酶双突破
研究团队成功开发了基于单乳液滴的超高通量微流控筛选系统，结合商用的On-Chip 仪器，实现了B抗原剪切酶的筛选，并且底物消耗仅为传统方法的1/2500，且操作简便、更高效。
该研究通过技术创新攻克了B抗原剪切酶筛选的核心难题，不仅为通用血技术的临床转化迈出关键一步，也为糖类活性酶的高通量筛选提供了可借鉴的范式，未来有望通过On-Chip平台发现更多新型酶。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c02165