Automatización del cribado por criomicroscopía electrónica en múltiples redes con Smart Leginon
1 de diciembre de 2023
El cribado multirred de criomicroscopía electrónica (crioEM) suele ser un proceso tedioso que exige horas de atención. Este protocolo muestra cómo configurar una colección estándar de Leginon y Smart Leginon Autoscreen para automatizar este proceso. Este protocolo se puede aplicar a la mayoría de las rejillas de lámina con agujeros crioEM.
En el Centro de Microscopía Electrónica Simons, nuestro objetivo es proporcionar excelentes servicios, experiencia y capacitación en microscopía electrónica a investigadores locales y nacionales, y desarrollar métodos innovadores para optimizar los flujos de trabajo. Nuestro alcance abarca el servicio, el desarrollo, el aprendizaje automático y la investigación biomédica. Estamos tratando de responder, ¿cómo podemos optimizar mejor nuestros servicios?
El aprendizaje automático está cambiando el campo de la microscopía electrónica. La recopilación de datos se está automatizando. Las herramientas de análisis de datos son cada vez más eficientes.
Esto incluye la eliminación de ruido de las imágenes, la selección de partículas, el análisis de flexibilidad 3G y la creación de modelos. Actualizamos regularmente el software para tener en cuenta diferentes situaciones, como diferentes agujeros en la red, recolección inclinada o errores identificados a través del software de prueba beta en nuestro entorno de producción. También integramos los comentarios de nuestros usuarios, por lo que proporcionamos continuamente funciones que son útiles para ellos.
Smart Leginon aborda las tareas laboriosas y que requieren mucho tiempo y de cribado de una o más rejillas en un crioTEM. Permite a los operadores e investigadores examinar y analizar las cuadrículas más rápidamente, al tiempo que libera tiempo para optimizar las condiciones de la cuadrícula y la muestra en paralelo. Esto también reduce el tiempo y el costo del microscopio.
La pantalla automática Smart Leginon ofrece una detección de múltiples cuadrículas totalmente desatendida, que tarda unos 10 minutos en configurar la detección para 12 cuadrículas. En comparación con el cribado manual, nuestro protocolo ahorra varias horas al día. Desde la introducción de Smart Leginon, se han desarrollado otros programas gratuitos y comerciales para una automatización similar.
Visión general
Este protocolo describe la automatización del cribado de múltiples rejillas de microscopía de electrones crioelectrónica (cryoEM) usando Smart Leginon Autoscreen. Al simplificar el proceso de configuración, los investigadores pueden reducir significativamente el tiempo dedicado al cribado de rejillas, permitiendo un análisis y una optimización más eficientes de las condiciones de la muestra.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Microscopía de electrones criogénica
- Automatización en microscopía
- Análisis de imágenes
Antecedentes
- El cribado de múltiples rejillas de CryoEM es tradicionalmente intensivo en mano de obra.
- La automatización puede mejorar la eficiencia y reducir costos.
- Smart Leginon Autoscreen facilita el cribado sin supervisión.
- El aprendizaje automático está mejorando la recopilación y el análisis de datos en microscopía electrónica.
Propósito del estudio
- Automatizar el proceso de cribado de múltiples rejillas de cryoEM.
- Reducir el tiempo y el trabajo involucrados en el análisis de rejillas.
- Optimizar los flujos de trabajo para los investigadores en microscopía electrónica.
Métodos utilizados
- Configuración de la interfaz Leginon para el cribado automatizado.
- Configuración de varios ajustes de enfoque y exposición.
- Utilización de la aplicación Ptolemy para el procesamiento de imágenes.
- Integración de comentarios de los usuarios para una mejora continua.
Principales resultados
- Smart Leginon Autoscreen reduce el tiempo de cribado en varias horas diarias.
- Los operadores pueden cribar múltiples rejillas de manera eficiente.
- La automatización permite la optimización paralela de las condiciones de la rejilla y la muestra.
- Las actualizaciones continuas del software mejoran la funcionalidad según las necesidades del usuario.
Conclusiones
- La automatización en cryoEM mejora significativamente la eficiencia del flujo de trabajo.
- Smart Leginon Autoscreen es una herramienta valiosa para los investigadores.
- Los desarrollos futuros probablemente continuarán mejorando la automatización y el análisis de datos.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
Automated cryo-electron microscopy (cryoEM) grid screening using Smart Leginon addresses a critical bottleneck in structural biology and biopharma discovery workflows. By reducing operator time and increasing throughput, this automation enhances the efficiency of early-stage structure-based drug discovery and target validation. The approach enables scalable, reproducible screening across multiple grids, supporting robust decision-making at key inflection points in the discovery pipeline.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Accelerates structural interrogation of macromolecular complexes for target validation.
- Enables rapid optimization of sample and grid conditions, reducing experimental ambiguity.
- Supports predictive confidence in structural hypotheses for portfolio triage.
Screening & Assay Development
- Prepares validated cryoEM grids for downstream high-resolution data collection workflows.
- Standardizes grid screening, improving reproducibility and quantitative assessment of sample quality.
- Facilitates scalable, unattended screening to enable reliable evaluation of multiple conditions.
Translational & Preclinical Research
- Provides structural insights that inform translational biomarker alignment when relevant.
- Ensures continuity from discovery-stage screening to preclinical structural validation.
- Reduces risk by enabling early identification of optimal sample conditions for further development.
Pipeline & Workflow Integration
Smart Leginon Autoscreen integrates into the discovery continuum from early sample optimization through lead identification and preclinical structural validation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by enabling rapid, reproducible grid screening.
- Screening: Delivers standardized, quantitative outputs for comparing grid and sample conditions.
- Analytics: Provides high-content imaging and statistical outputs to inform selection of grids for high-resolution data collection.
- Translational Research: Maintains structural continuity for biomarker and mechanistic studies when supported by the workflow.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, reusable automation capability for multi-project screening needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in structural studies.
- Operational Value: Standardizes and scales grid screening, reducing operator time from hours to minutes.
- Strategic Value: Enables better go/no-go decisions and capital efficiency by accelerating early-stage structural validation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of structurally validated targets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cryoEM sample preparation and grid optimization.
- Depends on access to automated cryoEM instrumentation and compatible software infrastructure.
- Demands cross-team standardization of screening parameters and data management.
- May require adaptation for different grid types or sample classes as supported by the software.
- Practical limitations include microscope availability and initial setup for automation workflows.
