يتم توفير بروتوكول مفصل وثلاثة نصوص بايثون لتشغيل نظام مناولة سائل روبوتي مفتوح المصدر لإجراء إعداد عينة بروتين شبه آلية لتجارب قياس الطيف الكتلي ، والتي تغطي إزالة المنظفات ، وهضم البروتين ، وخطوات تحلية الببتيد.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يتم توفير بروتوكول مفصل وثلاثة نصوص بايثون لتشغيل نظام مناولة سائل روبوتي مفتوح المصدر لإجراء إعداد عينة بروتين شبه آلية لتجارب قياس الطيف الكتلي ، والتي تغطي إزالة المنظفات ، وهضم البروتين ، وخطوات تحلية الببتيد.
تتطلب تجارب بروتينات البندقية القائمة على قياس الطيف الكتلي خطوات متعددة لإعداد العينات، بما في ذلك هضم البروتين الأنزيمي وتنظيفه، والتي يمكن أن تستغرق ساعات كبيرة من العمل على مقاعد البدلاء وتمثل مصدرا للتباين من دفعة إلى أخرى. يمكن أن تؤدي أتمتة المختبرات باستخدام روبوتات السحب إلى تقليل العمل اليدوي وزيادة الإنتاجية وزيادة قابلية إعادة إنتاج البحوث. ومع ذلك ، فإن الأسعار الأولية الباهظة لمحطات الأتمتة القياسية تجعلها غير ميسورة التكلفة للعديد من المختبرات الأكاديمية. توضح هذه المقالة سير عمل إعداد عينات البروتينات باستخدام نظام أتمتة مفتوح المصدر ميسور التكلفة (The Opentrons OT-2)، بما في ذلك إرشادات لإعداد خطوات تقليل البروتين والألكلة والهضم والتنظيف شبه الآلية؛ بالإضافة إلى مرافقة نصوص بايثون مفتوحة المصدر لبرمجة نظام OT-2 من خلال واجهة برمجة التطبيقات الخاصة به.
تعد بروتينات البندقية القائمة على قياس الطيف الكتلي أداة قوية لقياس وفرة العديد من البروتينات في العينات البيولوجية في وقت واحد. يتم استخدام تجارب البروتينات مع تحليل المعلوماتية الحيوية بشكل روتيني لتحديد المؤشرات الحيوية واكتشاف المجمعات والمسارات البيولوجية المرتبطة بها التي تدعم الآليات المرضية. بفضل خصوصيتها التحليلية العالية ودقتها الكمية المحتملة ، تتمتع بروتينات البندقية أيضا بإمكانات ممتازة لاعتمادها من قبل مرافق البحوث ومختبرات التشخيص لتحليل العينات السريرية دون الحاجة إلى الاعتماد على الأجسام المضادة1,2.
لإعداد عينات البروتين لتحليل البروتينات البندقية ، عادة ما تحتاج البروتينات المستخرجة من العينات البيولوجية (مثل الخلايا والأنسجة) أولا إلى معالجتها باستخدام بروتوكولات طويلة ، بما في ذلك قياس تركيز بروتين العينة ، وتقليل البروتين ، والألكلة ، والهضم الأنزيمي إلى ببتيدات. وعلاوة على ذلك، فإن البروتينات المستخرجة في مخازن التحلل الشائعة التي تحتوي على منظفات غالبا ما تتطلب خطوات إضافية لتبادل المخزن المؤقت أو إزالة المنظفات قبل التحليل لأن المنظفات يمكن أن تتداخل مع هضم التربسين وتؤدي إلى تدهور كبير في أداء تحليل مطياف الكتلة الترادفية للكروماتوغرافيا السائلة في اتجاه المصب (LC-MS/MS) 3. عادة ما يتم تحلية الببتيدات وتجفيفها وإعادة تشكيلها في المذيبات المتوافقة مع LC-MS / MS بعد الهضم الأنزيمي. يمكن أن تكون إجراءات الكيمياء الحيوية للبروتين هذه كثيفة العمالة وتستغرق وقتا طويلا. وبالتالي ، فإنها تستمر في الحد من إنتاجية سير عمل البروتينات والمساهمة في تباين البيانات المكتسبة4,5. تم الاعتراف بالأخطاء والتحيزات البشرية كعوامل حاسمة تؤثر على تباين البيانات وقابليتها للتكرار6،7. وللتقليل إلى أدنى حد من الأخطاء البشرية في سير عمل إعداد عينات قياس الطيف الكتلي، استخدمت النظم الروبوتية للسحب الآلي لتحسين إنتاجية وقابلية تكرار تحديد البروتين وقياسه كميا من بروتينات البندقية وتحليل الطيف الكتلي المستهدف، حيث تم الإشادة بهذه التطورات باعتبارها مفيدة لمواصلة الدفع نحو اعتماد تكنولوجيات البروتيوميات على نطاق واسع في البحوث الحرجة والإعدادات السريرية8، 9,10,11,12,13. ومع ذلك ، تستخدم معظم البروتوكولات الحالية منصات مناولة السوائل الروبوتية التي تتطلب استثمارا وتدريبا كبيرين ، مما يحد من فائدتها في العديد من المختبرات في البيئة الأكاديمية أو بميزانية محدودة.
توضح هذه المقالة بروتوكولا يستخدم نظام معالجة سائل روبوتي منخفض التكلفة ومفتوح المصدر، وهو OT-2، لأتمتة سير عمل نموذجي لإعداد عينات البروتينات البندقية. تتميز OT-2 بتكلفة أقل من العديد من أنظمة مناولة السوائل الروبوتية الأخرى ، وفي وقت كتابة هذا التقرير ، تكلف حوالي 5000 دولار أمريكي. عند الأخذ في الاعتبار أسعار الوحدات والبرامج المخبرية المختلفة ، تبلغ التكلفة الإجمالية لإعداد التجارب في هذا البروتوكول في وقت كتابة هذا التقرير حوالي 10000 دولار ، مما يجعلها أكثر بأسعار معقولة لمجموعة أوسع بكثير من المختبرات على خيارات أكثر تكلفة. يتوافق OT-2 مع البرمجة مفتوحة المصدر من خلال برامج Python النصية ويوفر مرونة كبيرة في تصميم بروتوكول DIY المحدد من قبل المستخدم. باستخدام ثلاثة نصوص مطورة داخليا ، تغطي البروتوكولات أدناه تنفيذ سير عمل نموذجي لإعداد عينات البروتينات البندقية على محطة OT-2 مع معيار بروتين نموذجي (ألبومين مصل البقر; BSA) وعينة بروتين معقدة من غسول قلب الإنسان الطبيعي (الشكل 1). وترد تفاصيل إجراءات معالجة (1) عينة BSA و (2) عينة معقدة من ليزات القلب في أقسام البروتوكول 1 و 2 و 5 و 6 و 3 و 4 و 5 و 6 على التوالي. تستخدم الخرز المغناطيسي المعدل بكربوكسيلات Sera-Mag في إعداد العينات المعززة بالطور الصلب أحادي الوعاء (SP3) لإزالة المنظفات والأملاح في عينات البروتين والببتيد. يتم تنظيف الهضم التربتي من ألبومين مصل البقر وبروتينات القلب البشري بواسطة حبات SP3 وتقديمها لتحليل LC-MS / MS. ثم يتم تحليل أطياف الكتلة باستخدام برنامج MaxQuant لتحديد الببتيد والبروتين. تظهر النتائج التمثيلية التي أجريناها أن البروتوكول يحقق معاملات تقنية ممتازة للاختلاف (CV) مع توفير وقت مقاعد البدلاء وهو غير أدنى من الهضم اليدوي.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم إيداع نصوص Python المطورة على GitHub على: https://github.com/MaggieLam-Lab/StandardDigestion-Opentrons. وترد نسخة من البرامج النصية في الملف التكميلي 1. يرجى الرجوع إلى مستودع GitHub للحصول على أحدث الإصدارات.
1. الاستعدادات التجريبية
2. إعداد عينة قياس الطيف الكتلي (MS) باستخدام ألبومين مصل البقر البروتيني (BSA)
3. تنظيف الببتيد باستخدام حبات SP3 شبه المغناطيسية
4. إعداد عينة MS مع بروتين محلل القلب البشري (5 ملغ / مل) مع حبات SP3 شبه المغناطيسية
5. تنظيف الببتيد باستخدام حبات SP3 شبه المغناطيسية
6. الكروماتوغرافيا السائلة ومطياف الكتلة
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يتم توفير ثلاثة نصوص Python هنا متوافقة مع الروبوت OT-2 ، والتي تقوم بإعداد عينة لبروتينات قياس الطيف الكتلي مع ألبومين مصل البقر القياسي للبروتين الواحد (النسخ المتماثلة التقنية n = 5 عمليات الهضم) وعينة من تحلل القلب البشري المحتوي على المنظفات (n = 5 عمليات هضم). يتم تقسيم كل منتج هضم إلى تفاعلين لتنظيف الببتيد. يظهر الشكل 4 والشكل 5 عدد تطابقات طيف الببتيد المحددة (PSMs) والببتيدات والبروتينات في كل جولة من عينات BSA والقلب. تم تحديد متوسط 728 PSMs و 65 البب...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الخطوات الحاسمة في إطار البروتوكول
للحصول على أفضل أداء، يجب استخدام البرامج المخبرية والوحدات والمواد الاستهلاكية المتوافقة مع OT-2 التي تم التحقق منها من Opentrons. يمكن إنشاء برامج مختبرية مخصصة باتباع تعليمات Opentrons في Reference14. تأكد من معايرة سطح OT-2 والماصات وأدوات المختبر عند استخدامها لأول مرة. من الأهمية بمكان أيضا اتباع الإرشادات من الشركة المصنعة لخرز SP3 لإعداد الخرز لتنظيف الببتيد والبروتين. والجدير بالذكر أنه أثناء تفاعل ربط الخرزة والببتيد ، يجب أن يكون حج...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وليس لدى صاحبي البلاغ أي تعارضات للإعلان عنها.
تم دعم هذا العمل جزئيا من خلال جوائز المعاهد الوطنية للصحة F32-HL149191 إلى YH. R00-HL144829 إلى EL ؛ R21-HL150456، R00-HL127302، R01-HL141278 إلى MPL. يتم إنشاء الشكل 1 ، الشكل 2 ، الشكل 3 بمساعدة أداة توضيح علمية على شبكة الإنترنت ، BioRender.com.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 300 وميكرو ؛ نصائح ماصة L | مجموعة رف الأنبوب Opentrons | ||
| 4 في 1 | Opentrons | تشتمل كل مجموعة على 2 حوامل قاعدة و 4 أسطح حامل أنبوب 1.5 مل و 2 مل و 15 مل + 50 مل و 15 مل و 50 مل. نستخدم 2 مل و 15 مل + 50 مل قمم في هذه الدراسة. | |
| إشادة PepMap 100 C18 HPLC العمود | الحراري العلمي | # 164568 | 3 & م جسيم 100 & أرينج; المسام; 75 و مو ؛ م × 150 مم |
| أسيتونيتريل LC-MS درجة | VWR | ||
| مجموعة بلوك الألومنيوم | Opentrons | تشتمل مجموعة الكتل هذه على 3 قمم متوافقة مع أنابيب 96 بئر و 2.0 مل وشريط PCR لاستخدامه مع وحدة درجة الحرارة OT-2. نستخدم حامل الأنبوب سعة 2.0 مل في هذه المخطوطة. | |
| بيكربونات الأمونيوم | سيجما ألدريتش | # A6141 | |
| معيار ألبومين مصل الأبقار ، 2 مجم / مل | حراري علمي | # 23210 | |
| ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) LC-MS درجة | حراري علمي | # 85190 | |
| Dithiothreitol | Sigma-Aldrich | #D5545 | |
| أعمدة HPLC سهلة الرش | حراري | علمية#ES800A | |
| EasynLC 1200 Nano LC | Thermo Scientific | #LC140 | |
| دليل على الإيثانول 195-200 | فيشر | # 04-355-720 | |
| حمض الفورميك LC-MS درجة | حراري علمي | # 85178 | |
| تحلل قلب الإنسان | Novus Biologicals | NB820-59217 | |
| Iodoacetamide | Sigma-Aldrich | #I1149 | |
| رف | أنبوب مغناطيسيThermo Scientific | #MR02 | |
| MAXQuant v.1.6.10.43 | Tyanova et al. ، 2016 (https://www.maxquant.org/) | ||
| mySPIN 6 Mini Centrifuge | Thermo Scientific | # 75004061 | جهاز طرد مركزي صغير على الطاولة للدوران السريع |
| NEST 2 مل 96 بئر لوحة بئر عميقة ، وحدة مغناطيسية V Bottom | Opentrons | ||
| OT-2 | Opentrons | GEN1 | |
| ماصة أحادية القناة OT-2 P300 | Opentrons | GEN1 | |
| OT-2 P50 ماصة أحادية القناة | روبوت ماصة Opentrons | GEN1 | |
| OT-2 | Opentrons | OT-2 | |
| OT-2 | Opentrons | GEN1 | |
| بيرس كمية فحص الببتيد اللونية | الحرارية العلمية | # 23275 | |
| أنابيب البروتين LoBind 2.0 مل | Eppendorf | # 022431102 | |
| قاعدة بيانات تسلسل البروتين | UniProt / SwissProt | https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome:UP000005640٪ 20 مراجعة: نعم | |
| الجسيمات المغناطيسية المعدلة من الكربوكسيل Sera-Mag SpeedBead ، | Cytiva | للماء # 65152105050250 | |
| الجسيمات المغناطيسية المعدلة من الكربوكسيل Sera-Mag SpeedBead ، Hydrophylic | Cytiva | # 45152105050250 | |
| SpeedVac | Thermo Scientific | المبخر | |
| Thermo Q Exactive HF مطياف الكتلة | الحراري العلمي | #IQLAAEGAAPFALGMBFZ | |
| التربسين MS الصف | الحراري العلمي | # 90057 | |
| الماء LC-MS الصف | VWR | #BDH83645.400 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.