Automatisation du criblage par cryo-microscopie électronique sur plusieurs grilles à l’aide de Smart Leginon
1 décembre 2023
Le criblage multi-grilles par cryo-microscopie électronique (cryoEM) est souvent un processus fastidieux qui demande des heures d’attention. Ce protocole montre comment configurer une collection Leginon standard et Smart Leginon Autoscreen pour automatiser ce processus. Ce protocole peut être appliqué à la majorité des grilles de feuilles de trous cryoEM.
Au Centre de microscopie électronique Simons, nous visons à fournir de superbes services, une expertise et une formation en microscopie électronique aux chercheurs locaux et nationaux, et à développer des méthodes innovantes pour optimiser les flux de travail. Notre champ d’action couvre les services, le développement, l’apprentissage automatique et la recherche biomédicale. Nous essayons de répondre à la question suivante : comment pouvons-nous mieux optimiser nos services ?
L’apprentissage automatique change le domaine de la microscopie électronique. La collecte de données s’automatise. Les outils d’analyse de données deviennent rapidement plus performants.
Cela comprend le débruitage des images, la sélection des particules, l’analyse de flexibilité 3G et la construction de modèles. Nous mettons régulièrement à jour les logiciels pour tenir compte de différentes situations, telles que différents trous de grille, une collecte inclinée ou des bogues identifiés par un logiciel de test bêta dans notre environnement de production. Nous intégrons également les commentaires de nos utilisateurs, de sorte que nous fournissons en permanence des fonctionnalités qui leur sont utiles.
Smart Leginon s’occupe des tâches fastidieuses et laborieuses de criblage d’une ou plusieurs grilles sur un cryoTEM. Il permet aux opérateurs et aux chercheurs de passer au crible et d’analyser plus rapidement les grilles, tout en libérant du temps pour optimiser les conditions de la grille et de l’échantillon en parallèle. Cela réduit également le temps et le coût du microscope.
L’écran automatique Smart Leginon offre un criblage multi-grilles entièrement sans surveillance, qui prend environ 10 minutes pour configurer le criblage pour 12 grilles. Par rapport au dépistage manuel, notre protocole permet de gagner plusieurs heures par jour. Depuis l’introduction de Smart Leginon, d’autres logiciels gratuits et commerciaux ont été développés pour une automatisation similaire.
Aperçu
Ce protocole décrit l'automatisation du criblage multi-grille en microscopie électronique cryogénique (cryoME) à l'aide de Smart Leginon Autoscreen. En simplifiant le processus de configuration, les chercheurs peuvent considérablement réduire le temps passé sur le criblage des grilles, permettant une analyse et une optimisation plus efficaces des conditions d'échantillon.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Microscopie électronique cryogénique
- Automatisation en microscopie
- Analyse d'image
Contexte
- Le criblage multi-grille cryoME est traditionnellement laborieux.
- L'automatisation peut améliorer l'efficacité et réduire les coûts.
- Smart Leginon Autoscreen facilite le criblage sans surveillance.
- L'apprentissage automatique améliore la collecte et l'analyse de données en microscopie électronique.
Objectif de l'étude
- Automatiser le processus de criblage multi-grille cryoME.
- Réduire le temps et le travail impliqués dans l'analyse des grilles.
- Optimiser les flux de travail pour les chercheurs en microscopie électronique.
Méthodes utilisées
- Configuration de l'interface Leginon pour un criblage automatisé.
- Configuration de divers paramètres de ciblage et d'exposition.
- Utilisation de l'application Ptolemy pour le traitement d'image.
- Intégration des retours des utilisateurs pour une amélioration continue.
Résultats principaux
- Smart Leginon Autoscreen réduit le temps de criblage de plusieurs heures par jour.
- Les opérateurs peuvent cribler plusieurs grilles efficacement.
- L'automatisation permet une optimisation parallèle des conditions de grille et d'échantillon.
- Les mises à jour logicielles continues améliorent la fonctionnalité en fonction des besoins des utilisateurs.
Conclusions
- L'automatisation en cryoME améliore considérablement l'efficacité du flux de travail.
- Smart Leginon Autoscreen est un outil précieux pour les chercheurs.
- Les développements futurs continueront probablement à améliorer l'automatisation et l'analyse des données.
Questions fréquemment posées
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.
