במסמך מתואר גישה רובוטית להתגבשות תפוקה גבוהה של חלבונים בממברנה בmesophases lipidic לשימוש בקביעת מבנה באמצעות קריסטלוגרפיה macromolecular ה-X. שלושה רובוטים המסוגל להתמודד mesophase הצמיג ודביק חלבון העמוס האינטגרלי לשיטה הם הציגו.
מאמר שיטה
במסמך מתואר גישה רובוטית להתגבשות תפוקה גבוהה של חלבונים בממברנה בmesophases lipidic לשימוש בקביעת מבנה באמצעות קריסטלוגרפיה macromolecular ה-X. שלושה רובוטים המסוגל להתמודד mesophase הצמיג ודביק חלבון העמוס האינטגרלי לשיטה הם הציגו.
מחקרי פונקצית מבנה של חלבוני קרום להפיק תועלת רבה מצורך ברזולוציה גבוהה מבני 3-D זמינים מהסוג הניתן באמצעות קריסטלוגרפיה של קרן ה-X macromolecular (MX). מרכיב חיוני של MX הוא אספקה קבועה של אידיאלי גבישים עקיפים באיכות. בטווה או שיטת lipidic מעוקב שלב (LCP) לגיבוש חלבוני קרום הוא אחת מכמה שיטות זמינות לגיבוש חלבונים בממברנה. היא עושה שימוש בmesophase bicontinuous לגדול בה גבישים. כשיטה, יש לו כמה צלחות מרהיבות של מנוח ומשך תשומת לב רבה עם קבוצות מחקר רבות שמתעניייינות כעת בשימוש בו. אחד האתגרים הקשורים בשיטה הוא שmesophase האירוח הוא מאוד צמיג ודביק, מזכיר משחת שיניים עבה. לפיכך, מחלקו באופן ידני באופן לשעתק בנפחים קטנים לתוך בארות התגבשות דורשת מיומנות, סבלנות ויד יציבה. פרוטוקול לעושה juרח שפותח בממברנה הביולוגיה מבנית ותפקודית (MS & FB) הקבוצה 1-3. מאמרי וידאו יופיטר המתארים את השיטה הם 1,4 זמין.
הגישה הידנית להגדרה בטווה ניסויים יש יתרונות ברורים עם יישומים מיוחדים, כגון אופטימיזציה של גביש וderivatization. זה אולם סובל מלהיות שיטת תפוקה נמוכה. הנה, אנחנו מדגימים את פרוטוקול לביצוע ניסויים בהתגבשות טווה כמו רובוט. רובוט מציע את היתרונות של מהירות, דיוק, דיוק, מזעור ולהיות מסוגל לעבוד ברציפות במשך תקופות ממושכות תחת מה יכול להיחשב כתנאים עוינים כמו בחושך, באווירת צמצום או בטמפרטורות נמוכות או גבוהות. בטווה רובוט, כאשר משתמשים בו כראוי, יכול לשפר את הפרודוקטיביות של מבנה חלבון קרום ומחקר פונקציה מאוד על ידי קידום גיבוש שהוא אחד מהצעדים האיטיים בצינור קביעת מבנה כללי.
במאמר זה וידאו, אנו מדגימים את השימוש בשלושה רובוטים זמינים מסחרי שיכול לוותר mesophase האינטגרלי לצמיג ודביק בcrystallogenesis טוו. הרובוט הראשון פותח בMS & FB קבוצת 5,6. שני האחרים הפכו לאחרונה זמינים ונכללים כאן לשלמות.
סקירה של הפרוטוקול המכוסה במאמר זה מוצגת באיור 1. כל המניפולציות שבוצעו בטמפרטורת חדר (~ 20 מעלות צלזיוס) בתנאי הסביבה.
1. הכנת צלחת ההתגבשות
ההגדרה לעשות משפט התגבשות רובוט מתחילה בהכנת בסיס צלחת צלחת זכוכית כריך ההתגבשות (איור 2), שתוארה בפירוט בעיון 2. בסיס הצלחת חייבת להיות ראשון silanized וspacer כפול המקל המחורר שיוצר את הבארות, חייב להיות מיושם על הצלחת. את החומרים והציוד הדרושים לכך מפורטים בחומרים.
צלחות מראש התאספו זמינות מסחרי (HR3-151, המפטון מחקר; MD11-55-100, ממדים מולקולריים; וLCP96T-UVP70U, Swissci). מסיבות בעלויות, אנו מעדיפים להרכיב הצלחות שלנו בעקבות הפרוטוקול לעיל.
2. בMeso 1 הרובוט
הראשון בטווה רובוט שהפגין במאמר זה וידאו הוא זה כעת בשימוש בMS & FB הקבוצה (איור 3). פירוט מלא של הרובוט ניתן למצוא תחת חומרים ובמדור ההדרכה 5. את החומרים והמכשורnt נדרש להגדיר משפט התגבשות באמצעות הרובוט מפורטים בחומרים.
3. בMeso הרובוט 2. היתוש LCP
יתוש LCP הרובוט (איור 4) משלב מנפק mesophase דומה לזה המשמש עד 1 ברובוט. בניגוד לרובוט 1, זה dispenses מזרז באמצעות טיפים חד פעמים. תכנות תוכנה משמשת כדי להגדיר את המכשיר לעבודה עם צלחות התגבשות מסוימות וprecipitלוקי נמלה, ולוותר כרכי משתמש מוגדר של-mesophase ופזיז ברצף שהוגדר. פרטים כאלה מסופקים על ידי היצרן ולא תארו כאן.
4. בMeso 3 רובוט. Gryphon LCP
Gryphon LCP הרובוט (איור 5) משלב מערכת ניפוק mesophase דומה לזה שתואר לעיל עבור רובוטי 1 ו 2. מה שמבדיל אותו משני האחרים הוא שכל 96 הפתרונים נחפזים הם חלקו בו זמנית.
5. נציג תוצאות
מטרתו של מאמר זה וידאו היא להדגים כיצד להגדיר באופן אוטומטי ניסויי התגבשות עם צמיג, mesophase קרום חלבון עמוס בזכוכית sandwicצלחות 96-H. גם התגבשות הדגש הוא על אוטומציה באמצעות השימוש ברובוטים מיוחדים הדורשים התערבות ידנית מינימאלית. שחזור והדיוק, במונחים של היקפי mesophase ופזיזים לוותר והמיקום של שניהם בתוך הבאר, צפויים כאשר רובוט משמש. אלה הם חשובים מנקודת מבט של הקרנה אפקטיבית בתנאים שתומכים crystallogenesis. הם גם חיוניים לצעד הבא בצנרת הניתוח היא להעריך שצמיחת גביש נעשתה לעתים קרובות עם ציוד הדמיה. מיקום טיפה או בולוס הוא מפתח לתהליך ההדמיה, ומיקום לא סדיר ותקין של בולוס בבאר בדרך כלל דורש התערבות משתמש לתקן וללוקח זמן. לצורך ההמחשה, דוגמאות של צלחות עמוסות כראוי וכהלכה מוצגות באיור 6.

איור 1. תרשים הזרימה המסכם את השלבים הכרוכים בייצור, הקצירה וcryo-הקירור של גבישי חלבון קרום טווה שבגר. צעדים מוקפים הקו האדום המקווקו הם המוקד של מאמר זה יופיטר. רובוטים שמשו לוותר פתרוני mesophase ופזיזים בצעדים 29-32. מ3 קוד. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.

איור 2. צלחת טעונה בהמלוא ונחתם 96-גם זכוכית כריך התגבשות. כל באר מכיל פתרון מזרז 1 μl שלב מעוקב 50 nl ו. למען בהירות, השלב מעוקב כבר מוכתם בסודאן אדומה והפתרון המזרז כולל כחול מתילן. מעיון 5.
_upload/4000/4000fig3.jpg "alt =" איור 3 "/>
איור 3. בטווה רובוט (1 רובוט). הרובוט יש שתי זרועות. זרוע 1 dispenses mesophase lipidic החלבון לאדן. זרוע 2 dispenses פתרונות נחפזים. במהלך מילוי, הצלחת 96-גם נשארת תקועה בעמדה על הסיפון של הרובוט שעצמו הוא נייח. שתי הזרועות לנוע כדי לספק פתרוני mesophase ופזיזים. מ3 קוד.

איור 4. יתוש LCP הרובוט (רובוט 2). בניגוד לרובוט 1, סיפון LCP היתוש, שעליה יושב צלחת 96-היטב ובלוק הפתרון המזרז, נע אופקי במהלך המילוי.

איור 5. Gryphon LCP הרובוט (3 רובוט). במהלךלהגדיר, מנפק השלב מעוקב lipidic נע כדי לספק חלבון mesophase עמוס לצלחת 96 היטב. הסיפון לאחר מכן מתרגם אופקי כדי למקם את הצלחת מתחת לראש קצה הפתרון המזרז. כל 96 הפתרונים נחפזים הם חלקו בו זמנית. תמונת מקורו מהיצרן (http://www.artrobbins.com/) וכותרתו.

איור 6. צלחת טעונה בהמלוא ונחתם 96-גם זכוכית כריך () ובארות כראוי (ב ') ושלא כדין (C, D) מלא שימוש ברובוט טווה (1 רובוט). תווית ברקוד על הצלחת במשמשת כדי לעקוב אחר הצלחת בצלחת מכשיר החממה / הדמיה. בלוחות BD פתרון, מזרז וmesophase מסומנים P ו-M בהתאמה. 'ביצה המטוגנת במחבת' הצפויהההופעה הטובה בB היא אופיינית לנטען כראוי ואטום היטב. ב-C, פזיז כבר חלק לתוך באר שלא כהלכה בעמדה מחוץ למרכז ובא במגע עם spacer. ב-C, שהוא יופיע מדי כי היקף mesophase הוא פחות ממה שצריך להיות. דוגמה לטעינה שלמה עם פתרון מזרז מוצגת בד לקנה מידה, הקוטר של כל הבארות הוא 6 מ"מ.
במאמר זה וידאו שהראינו כיצד להשתמש ברובוט כדי להגדיר באופן אוטומטי בניסויי התגבשות טווה בצלחות זכוכית כריך 96-כן באמצעות mesophase lipidic חלבון עמוס. הרובוטים משמשים בעבודה זו תוכננו במיוחד כדי כוללים מזרק זכוכית תזוזה חיובית למסירה מדויקת ושחזור של כרכי nanoliter של mesophase הצמיג והדביק, כפי שתוארו במקור 7.
דיוק ותכונות חשובות של רובוט. עם זאת, מאפיינים אלה הם רק טובים כמו מידה וסדירות שביצועי רובוט מוערכים וכיול מתבצע. למותר לציין כי ביצועים של הרובוט צריכים להיות מוערכים ואילו צלחות בודדות שהקימו. אין זה ראוי להניח שהרובוט יתפקד ללא רבב ולעזוב את הרובוט לפעול ללא התערבות. המפעיל קשובים ומצוות צריך להיות בקופהition לציין על ידי צליל או מראה כשמשהו לא עובד כמו שצריך וכדי לתקן אותו באופן מיידי. בנוסף, כל צלחת יש לבדוק בקפידה על ידי עין אחידות בתכנים גם בהקדם הצלחת היא חתומה ולפני זה הוא לשים בצד לניסויי התגבשות. זה צריך לדרוש רק כמה שניות כדי לבצע וניתן לעשות זאת תוך הצלחת הסמוכה נטענת. שם לב, למשל, שבארות מסוימות לא מלאו כראוי עשוי להדגיש את העובדה שבקצה מחלק מסוים מזרז שאינו מתפקד כהלכה. צריכה מסירה של mesophase לראות כדי להיות לא סדיר, הפריט הפגום הרלוונטי היית צריך להיות מתוקן באופן מיידי. בכך שציין בנושאים אלה וביצוע ההתאמות הרלוונטיות במהלך הגדרה תהיה לחסוך זמן וחומרים, כולל שומנים ובעל ערך חלבון קרום. אם imager משמש למעקב אחר גידול גביש, דיוק ויכולים גם להיות במעקב במהלך הדמיה. לדוגמה, בעיות שיטתיות עם טיפה או בולוסמיקום על ידי imager מצביע על כך שמשהו לא בסדר ושפעולה מתקנת איפשהו במעלה זרם בפרוטוקול היא זקוק.
באינטרסים של ביצועים אמינים ולכן הרובוט חייב להיות מכויל על לוח זמנים קבוע ולפי צורך. כיולים צריכים לכלול נפח מזרז וmesophase נמסר כמו גם מיקום בולוס ופזיז בבאר. ברור, בכל המקום האפשרי כיול צריך להיעשות באמצעות כרכים וחומרים דומים לאלה שיהיו בשימוש בניסויים שנערכו בתקופה המכוסית בתרגיל בקרת האיכות.
חשוב כמו כיול כך גם הוא שיש במלאי אספקה נאותה של חלקי רובוט ואספקה. כישלונות קטסטרופליים ובלתי צפויים, חסימות וקריסות יכולות לקרות ואכן קורים. במקרה כזה, שזמין טיפ מסירת החלפה מאיצה, למשל, אולי זה אומר שהכנת חלבון קרום יקרה מאוד משמשת כמו שצריך ולא מתבזבז.
חלק מהיתרונות של רובוט כולל את העובדה שזה יעבוד למעשה ברציפות וכי היא אינה סובלת מאו 'מתלונן על "עייפות. רובוט יכול לשמש גם בתנאים שאינם נחשבים ידידותי לאדם, כמו בחושך, תחת תאורה נשלטת ותנאים סביבתיים, ובקצוות של טמפרטורה. הרובוטים הפגינו במאמר זה היו כל שימוש בתנאי סביבה ב~ 20 ° C. עם זאת, ישנם חלבונים ופרויקטים הדורשים טמפרטורות שאינן סביבה, אור מבוקר 11,12 וחמצון או סביבת הפחתת 13. כל אלה ניתן לדאוג גם ל, בקלות יחסית, כאשר רובוט התגבשות משמש.
במאמר וידאו יופיטר מוקדם יותר הפגנו כמה ניסויי התגבשות ידי בשיטה טווה מוגדרים ידני 1. ההיקף המינימאלי של mesophase שניתן לוותר מהימן ביד מוגבל בy handedness חזותי חדות והיציב של האדם שהציב את הניסויים. מניסיוננו, כרכים של mesophase נמוך כמו 100 nl מטופלות בקלות. אנחנו יודעים ממעבדה אחת שבה נפח ברירת המחדל חלק ידני הוא כ 40 nl. עם זאת, כמויות קטנות יותר במידה ניכרת הן אפשריות באמצעות רובוט. בנפרד, יש לנו הראינו כי נפחי mesophase נמוך כמו 550 picoliters ניתן לוותר רובוט 14. שמהעבודה היה ברור שהמזעור נוסף על ידי רובוט הוא אפשרי שאם ייושם, יוביל לירידה גדולה בכמות חלבון קרום יקר הנדרש לביצוע ניסוי התגבשות.
במאמר זה וידאו, שלושה רובוטים זמינים מסחרי שמשו להפגין התגבשות חלבון קרום תפוקה גבוהה באמצעות mesophases lipidic. הראשונה שבן פותחה בקבוצת MS & FB מבוסס על ניסיוננו להקים ניסויים באופן ידני, כמתואר ביופיטר 1712 1. זה instrument יש לנו היכרות עם ביותר ואת חלק הארי של המאמר הנוכחי מוקדש לשימוש בו. שני הרובוטים האחרים היו בהפגנה בטרשת הנפוצה וקבוצת FB בזמן כתיבת המאמר והקטעים הרלוונטיים נכלל כאן באינטרסים של שלמות. כל שלושה הרובוטים מאוד להשתמש באותה המערכת mesophase מחלק, תכונה החיונית שבם היא מזרק זכוכית תזוזה חיובית 5,7. הם נבדלים באופן משמעותי ביותר בכל קשורים לאספקה מזרזת. רובוטי 1 ו 2 יכולים לוותר מזרז במקביל ל8 בארות, טור אחד בצלחת התגבשות בכל פעם. בניגוד לכך, 3 רובוט dispenses כל 96 הפתרונים הנחפזים בפעולה אחת. רובוט 2 הוא הכלי היחיד עם טיפים חד פעמים נחפזות ניפוק. יש יתרונות וחסרונות הקשורים למכשירים השונים שתלויים ביישום המסוים, אלה לא הרחיבו על כאן. די לומר שכל השלוש העבודות והפיקו גבישים שליחלבוני mbrane ידי בשיטה טווה.
הצעדים הבאים בתהליך הכולל של קביעת מבנה על ידי קריסטלוגרפיה macromolecular הם לקציר ולגבישי cryo-מגניבים מצלחות שהוקמו כמתואר במאמר זה וידאו ולהקליט ועקיפים רנטגן תהליך מהם. נושאים אלה מכוסים במאמרי יופיטר נפרדים בסדרה 1,15 זה.
אין ניגודי האינטרסים הכריזו.
ישנם רב שתרמו לעבודה זו ורובם מן הקרום המבני ופונקציונלית קבוצת ביולוגיה, שניהם חברים בעבר ובהווה. לכולנו להרחיב את התודה וההערכה החמה שלנו. עבודה זו נתמכה בחלקו על ידי מענקים מקרן מדע אירלנד (07/IN.1/B1836), המכונים הלאומיים לבריאות (GM75915, P50GM073210 וU54GM094599), ועלות הפעולה CM0902 FP7.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| שם מגיב | חברה | מספר קטלוגים | רכיבים |
| Brayer (רולר) | הפישר סיינטיפיק | 50820937 | כלי |
| מזרקי גז הדוק | המילטון | 81030 | כלי |
| coverslips זכוכית | Marienfeld | 01029990911 | חד פעמי |
| לוחות זכוכית | Marienfeld | 1527127092 | חד פעמי |
| Gryphon LCP רובוט | האמנות רובינס | NA | כלי |
| בטווה רובוט | Anachem / Gilson | NA | כלי |
| מחברת מעבדה | שונה | NA | כלי |
| יתוש LCP רובוט | TTP Labtech | NA | כלי |
| קלטת spacer כפול מקל מחורר | סונדרס התאגיד (חור אגרוף-) | אישית | חד פעמי |
| פתרונות נחפזים | שונה | שונה | מגיב |
| מים מטוהרים | Millipore | NA | מגיב |
| גשם-X | טיפול ברכב פגז | 80199200 | מגיב |
| טיפי מזרק | המילטון | 7770-020 (מד 22) | כלי |
| רקמות | שונה | שונה | חד פעמי |
| מימייה | שונה | NA | מגיב |
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה