La transfección de protoplastos vegetales, es decir, la introducción de material genético extraño en células vegetales desprovistas de paredes celulares, es una técnica fundamental y, en el último medio siglo, abarca numerosas especies en apoyo de la investigación en biotecnología vegetal. Sin embargo, la utilización de estos métodos puede ser dolorosa y de alcance limitado, incluso con millones de protoplastos producidos por aislamiento. Los métodos tradicionales de transfección de protoplastos vegetales suelen ser laboriosos, lentos, propensos a la variabilidad y técnicamente exigentes, lo que da lugar a sistemas de nicho con baja reproducibilidad1. Sin embargo, el potencial introducido por las soluciones automatizadas en los últimos años ilumina la posibilidad de dar nueva vida a esta técnica de 60 años de antigüedad 2,3. Con el potencial de automatizar pasos cruciales pero repetitivos, como la preparación del material, la incubación de polietilenglicol (PEG) y la posterior dispensación de reactivos de transfección, los investigadores pueden reducir significativamente los requisitos de manipulación física y otras fuentes potencialesde error humano. Además, el control preciso y la uniformidad que ofrecen los sistemas automatizados de manipulación de líquidos garantizan resultados de transfección consistentes y reproducibles.
Si bien el aislamiento de protoplastos es un proceso meticuloso que implica picado, digestión, incubación, filtración y centrifugación, la parte de transfección de estos protocolos está hecha a medida para los manipuladores de líquidos automatizados. El procedimiento para la mayoría de los protocolos de transfección de protoplastos está mediado por PEG, y la mezcla del protoplasto aislado en presencia de PEG y ADN plasmídico purificado durante un período específico a una concentración precisa (dependiendo de la especie y el tejido) permite que estas células absorban el ADN plasmídico5. A esta transfección le siguen una serie de pasos de lavado, que culminan en una incubación nocturna6. Después del período de incubación, si todo se diseñó y entregó correctamente, el experimento da como resultado la expresión del componente de interés y/o el potencial de evaluar diferentes componentes reguladores7. Todos los pasos de aspiración, dispensación y agitación/mezcla asociados con este procedimiento normalmente se manejarían con una pipeta manual. La ejecución manual de un protocolo de este tipo, una reacción individual a la vez, es laboriosa e introduce variaciones innecesarias entre las muestras, al tiempo que limita la capacidad que se puede evaluar en un momento dado. Los protocolos automatizados para la manipulación de células de mamíferos o insectos y la síntesis química en la industria farmacéutica han estado en práctica durante varios años 4,8,9. La utilización de protoplast y los protocolos que involucran el manejo automatizado de líquidos de materiales vegetales están en aumento 10,11,12,13.
La adopción de protocolos automatizados de manejo de líquidos para la transfección de protoplastos de plantas es muy prometedora para las aplicaciones de investigación. Los investigadores pueden explorar bibliotecas genéticas más grandes, detectar funciones genéticas específicas a un ritmo acelerado e investigar interacciones genéticas complejas relacionadas con el estrés de las plantasde manera más integral. La escalabilidad de los enfoques automatizados que utilizan pods de 96 pocillos combinados con el cribado de fluorescencia permite la experimentación de alto rendimiento y permite a los científicos generar rápidamente datos y conocimientos que pueden impulsar los avances en la biotecnología vegetal11. Sin embargo, con este aumento en el rendimiento, que conduce a la generación de cientos, si no miles, de puntos de datos, debe haber un control de calidad adicional que tenga en cuenta cualquier fuente de error que pueda confundirlos resultados. Un elemento que se ha identificado como un factor contribuyente en numerosas disciplinas científicas es el efecto de borde. Algunas estrategias de mitigación sugerirán la mejor placa para usar o llenar el espacio entre pozos o los pozos más externos con agua para combatir este fenómeno16,17. Sin embargo, estas estrategias agregan tiempo, y si un desechable específico no está disponible, la única opción es conformarse con menos o posponerlo. Por otra parte, buscar estrategias que tengan en cuenta este efecto a través de un esquema de bloqueo no sacrifica el rendimiento ni retrasa la ejecución.
Este protocolo de protoplasto de hoja de maíz etiolado y sus dos métodos automatizados ilustrados en la Figura 1 buscan abordar la variabilidad inherente a los experimentos con protoplastos mediante la automatización de múltiples porciones del método canónico de protoplasto, la asignación de material plásmido al recipiente utilizado para la transfección y la transfección misma. Estos métodos se demuestran para la plataforma de protoplasto de hoja de maíz etiolado, ya que es una plataforma de protoplasto bien caracterizada, simple y eficiente. Todos los pasos detallados son inmediatamente accesibles para los protocolos de transfección de protoplastos, que utilizan soluciones tampón similares o iguales. Sin embargo, se debe prestar especial atención a las características únicas del tejido y las especies de protoplastos antes de adoptar estas técnicas. Estas mejoras a través de la automatización simplifican la preparación del material para experimentos individuales y mejoran significativamente el rendimiento, desde la transfección secuencial una por una hasta las 96 transfecciones manejadas simultáneamente. Este trabajo también mostrará la justificación de la utilización de bloques incompletos aleatorios para dar cuenta del sesgo posicional de la placa.