פרוטוקול זה מתאר יצירת פריסת טרנספקציה אקראית באמצעות מטפל נוזלים אוטומטי, פרוטוקול בידוד פרוטופלסט לעלי תירס אטיולטי, והליך טרנספקציה של 96 בארות באמצעות מטפל בנוזלים.
Method Article
פרוטוקול זה מתאר יצירת פריסת טרנספקציה אקראית באמצעות מטפל נוזלים אוטומטי, פרוטוקול בידוד פרוטופלסט לעלי תירס אטיולטי, והליך טרנספקציה של 96 בארות באמצעות מטפל בנוזלים.
תחום הביוטכנולוגיה של הצמח חווה התקדמות יוצאת דופן בשנים האחרונות, שחוללה מהפכה ביכולת לתפעל ולהנדס צמחים למטרות שונות. עם זאת, ככל שהמחקר בתחום זה גדל במגוון והופך מתוחכם יותר ויותר, ברור יותר הצורך בפתרונות סינון חולפים מוקדמים, יעילים, אמינים ובעלי תפוקה גבוהה כדי לצמצם אסטרטגיות המתקדמות לטרנספורמציה יציבה. שיטה אחת שצצה מחדש בשנים האחרונות היא ניצול פרוטופלסט צמחי, שעבורו קיימות שיטות בידוד וטרנספקציה במינים, רקמות ושלבי התפתחות רבים. עבודה זו מתארת פרוטוקול אוטומטי פשוט להכנה אקראית של פלסמיד בתוך צלחת של 96 בארות, שיטה לבידוד של פרוטופלסט עלי תירס אטיולטי, והליך טרנספקציה אוטומטי. אימוץ פתרונות אוטומטיים בביוטכנולוגיה של צמחים, המודגם על ידי פרוטוקולי טיפול בנוזלים חדשניים אלה להעברת פרוטופלסט צמחי, מייצג התקדמות משמעותית על פני שיטות ידניות. על ידי מינוף אוטומציה, חוקרים יכולים להתגבר בקלות על המגבלות של שיטות מסורתיות, לשפר את היעילות ולהאיץ את ההתקדמות המדעית.
טרנספקציה של פרוטופלסט צמחי, החדרת חומר גנטי זר לתאי צמחים נטולי דפנות תאים, היא טכניקה מרכזית, ובחצי המאה האחרונה מקיפה מינים רבים התומכים במחקר ביוטכנולוגיה של צמחים. עם זאת, השימוש בשיטות אלו יכול להיות כואב ומוגבל בהיקפו, אפילו עם מיליוני פרוטופלסטים המיוצרים בכל בידוד. שיטות מסורתיות של טרנספקציה של פרוטופלסט צמחי הן לרוב מייגעות, גוזלות זמן, נוטות לשונות ותובעניות מבחינה טכנית, מה שמוביל למערכות נישה עם יכולת שחזור נמוכה1. עם זאת, הפוטנציאל שהציגו פתרונות אוטומטיים בשנים האחרונות מאיר את האפשרות להפיח חיים חדשים בטכניקה הצעירה הזו בת 60 שנה 2,3. עם הפוטנציאל של אוטומציה של שלבים חיוניים אך חוזרים על עצמם כגון הכנת חומרים, דגירה של פולי-אתילן גליקול (PEG) וחלוקת ריאגנטים לאחר מכן, חוקרים יכולים להפחית משמעותית את דרישות הטיפול הפיזי ומקורות פוטנציאליים אחרים לטעויות אנוש4. יתר על כן, הבקרה המדויקת והאחידות המוצעות על ידי מערכות אוטומטיות לטיפול בנוזלים מבטיחות תוצאות העברה עקביות וניתנות לשחזור.
בעוד שבידוד פרוטופלסט הוא תהליך קפדני הכולל קיצוץ, עיכול, דגירה, סינון וצנטריפוגה, חלק הטרנספקציה של פרוטוקולים אלה מותאם למטפלים בנוזלים אוטומטיים. ההליך עבור רוב פרוטוקולי הטרנספקציה של פרוטופלסט הוא מתווך PEG, וערבוב הפרוטופלסט המבודד בנוכחות PEG ו-DNA פלסמיד מטוהר למשך זמן מוגדר בריכוז מדויק (תלוי במין וברקמה) מאפשר לתאים אלה לקלוט את ה-DNA של הפלסמיד5. לאחר טרנספקציה זו באה סדרה של שלבי שטיפה, ששיאם בדגירה של לילה6. לאחר תקופת הדגירה, אם הכל תוכנן ונמסר כראוי, הניסוי מביא לביטוי של מרכיב העניין ו/או הפוטנציאל להעריך רכיבים רגולטוריים שונים7. כל שלבי השאיפה, החלוקה והתסיסה/ערבוב הקשורים להליך זה יטופלו בדרך כלל על ידי פיפטה ידנית. ביצוע פרוטוקול כזה ביד, תגובה בודדת אחת בכל פעם, הוא מייגע ומציג שונות מיותרת בין הדגימות תוך הגבלת היכולת שניתן להעריך בכל זמן נתון. פרוטוקולים אוטומטיים למניפולציה של תאי יונקים או חרקים וסינתזה כימית בתעשיית התרופות קיימים כבר מספר שנים 4,8,9. ניצול פרוטופלסט ופרוטוקולים הכוללים טיפול אוטומטי בנוזלים בחומרים צמחיים נמצאים בעלייה 10,11,12,13.
אימוץ פרוטוקולי טיפול אוטומטיים בנוזלים להעברת פרוטופלסט צמחי טומן בחובו הבטחה גדולה ליישומי מחקר. חוקרים יכולים לחקור ספריות גנטיות גדולות יותר, לסנן תפקודי גנים ספציפיים בקצב מואץ, ולחקור אינטראקציות גנטיות מורכבות הקשורות ללחץצמחי באופן מקיף יותר. יכולת ההרחבה של גישות אוטומטיות המשתמשות בתרמילים של 96 בארות בשילוב עם סינון פלואורסצנטי מאפשרת ניסויים בתפוקה גבוהה ומאפשרת למדענים לייצר במהירות נתונים ותובנות שיכולים להניע התקדמות בביוטכנולוגיה של צמחים11. עם זאת, עם עלייה זו בתפוקה, המובילה ליצירת מאות, אם לא אלפי נקודות נתונים, חייבת להיות בקרת איכות נוספת הלוקחת בחשבון את כל מקורות השגיאה שעלולים לבלבל את התוצאות15. אלמנט אחד שזוהה כגורם תורם בדיסציפלינות מדעיות רבות הוא אפקט הקצה. כמה אסטרטגיות הקלה יציעו את הצלחת הטובה ביותר לשימוש או מילוי חלל בין בארות או את הבארות החיצוניות ביותר במים כדי להילחם בתופעהזו 16,17. עם זאת, אסטרטגיות אלו מוסיפות זמן, ואם חד פעמי ספציפי אינו זמין, האפשרות היחידה היא להסתפק בפחות או לדחות. לחלופין, הסתכלות על אסטרטגיות שמסבירות את האפקט הזה באמצעות סכימת חסימה אינה מקריבה את התפוקה או העיכוב לביצוע.
פרוטוקול פרוטופלסט עלי תירס אטיולי זה ושתי השיטות האוטומטיות שלו המוצגות באיור 1 מבקשים לטפל בשונות הטבועה בניסויי פרוטופלסט על ידי אוטומציה של חלקים מרובים של שיטת הפרוטופלסט הקנונית, הקצאת חומר פלסמיד לכלי המשמש לטרנספקציה והטרנספקציה עצמה. שיטות אלו מודגמות עבור פלטפורמת הפרוטופלסט של עלי תירס אטיולטים מכיוון שהיא פלטפורמת פרוטופלסט מאופיינת היטב, פשוטה ויעילה. כל השלבים המפורטים בפנים נגישים באופן מיידי לפרוטוקולי טרנספקציה של פרוטופלסט, המשתמשים בפתרונות מאגר דומים או זהים. עם זאת, יש לשקול תשומת לב מיוחדת למאפיינים הייחודיים של רקמת מקור פרוטופלסט ומינים לפני אימוץ טכניקות אלה. שיפורים אלה באמצעות אוטומציה מפשטים את הכנת החומר לניסויים בודדים ומשפרים משמעותית את התפוקה, מהעברה רציפה אחד אחד ל-96 טרנספקציות המטופלות בו זמנית. עבודה זו תראה גם הצדקה לשימוש בבלוקים אקראיים לא שלמים כדי להסביר את הטיית מיקום הצלחת.
1. יצירת צלחת טרנספקציה
2. בידוד פרוטופלסט עלי תירס אטיולטי.
3. טרנספקציה אוטומטית של פרוטופלסט
הערה: שלבים 3.6 עד 3.15 מנוהלים לחלוטין על ידי המטפל האוטומטי בנוזלים, למעט שתי הפסקות המשתמש בשלבים 3.10 ו-3.13, הדורשות צנטריפוגה ידנית. צילומי מסך רלוונטיים העוקבים אחר פרוטוקול אוטומטי זה ניתן למצוא בתוספת, איור משלים 1, איור משלים 3, איור משלים 4 ואיור משלים 5.
כדי להשיג נתונים תצפיתיים התומכים בכך שהשפעות קצה עשויות להשפיע על מדידות התגובה; מחקר פיילוט נערך כדי לאשר את החשדות הללו. עבור מחקר זה, השיטות לעיל יושמו על שלוש צלחות משוכפלות של 96 בארות עם רמת טיפול אחת בלבד; כל הפרוטופלסטים הועברו באמצעות pSYN1125019, פלסמיד המבטא באופן מכונן את ZsGreen, במטרה להראות שקיימים הבדלים שיטתיים ברמת התגובה ליחידות בקצה הצלחת בהשוואה לשורה השנייה, ואזורים מרכזיים של הצלחת. 36 הבארות בקצה החיצוני של הלוח מוגדרות כבלוק 1, 28 הבארות בשורה השנייה מהקצה כבלוק 2, ו-32 הבארות המרכזיות כבלוק 3 - ראה איור 2A פאנל ימני תחתון. סידור זה יכול להכיל 28 רמות טיפול כעיצוב בלוק שלם אקראי (RCBD) או 32 רמות טיפול כעיצוב בלוק לא שלם אקראי (RIBD). באיור 2A, עבור כל שכפול (חזרה), נקודות הנתונים הגולמיות עבור כל באר נורמלו על ידי הממוצע מאותה צלחת מתאימה. בכל שלושת השכפולים של הניסוי, התגובות בקצה הצלחת גדולות בממוצע פי 1-1.5 מהמינימום. איור 2B מתאר את ממוצע הבלוק כאחוז מממוצע הלוח הכולל עבור כל שכפול. טבלה 2 מציגה טבלאות ANOVA חד-כיווניות מהתאמת מודל ליניארי עם בלוק כאפקט קבוע. מסיבות הקשורות לאקראיות המוגבלת הכרוכה בעיצובי בלוקים, הסקה המבוססת על בדיקת השערות לגורם החוסם נחשבת כמשוערת במקרה הטוב ופסולה במקרה הרע. עם זאת, התאמת מודל עם גורם חסימה קבוע שימושית כדי להעריך אם תוכנית חסימה מועילה. Mn_Sq (בלוק) מייצג את הסטייה הריבועית הממוצעת של ממוצע הבלוק בערך הממוצע הכולל. Mn_Sq (שגיאה) מייצג את הסטייה הריבועית הממוצעת של התצפיות הבודדות על ממוצע הקבוצה שלהן, במקרה זה, הממוצע הכולל מכיוון שאין גורם טיפול במודל. כאשר Mn Sq (בלוק) גדול מ-Mn Sq (שגיאה), כלומר, יחס ה-F גדול מאחד, גודל השגיאה הריבועית הממוצעת הצטמצם למעשה ביחס לעיצוב אקראי לחלוטין (CRD), ובכך מגדיל את הכוח הסטטיסטי להשוות את הטיפולים המעניינים ולהקטין את רוחב מרווחי הסמך המעריכים ניגודי טיפול. איור 2B מציג יחסי F העולים בהרבה על אחד, והתגובה הנמדדת נוטה לרדת ככל שהיא נעה לכיוון המרכז בכל שלושת לוחות השכפול. בכל שלושת השכפולים, נצפים מרווחי סמך של 95% ברמה 0.05 עבור לפחות בלוק אחד שאינו מכסה את ממוצע הלוח הנצפה. לפיכך, ניתן להסיק כי תוכנית החסימה מגדילה באופן משמעותי את הדיוק של אומדנים אלה. מעבר לדיוק פחות, אי התחשבות בשונות המטרד המרחבי עלולה להוביל לתוצאות מזויפות בשל האפשרות לבלבל את השפעות הטיפול עם אפקט הקצה.
למרות שיש היסטוריה ארוכה של פרוטוקולי בידוד וטרנספקציה של פרוטופלסט תירס אטיוליטי שראשיתה בתחילת שנות ה-90, פרוטוקול זה מציג כמה שינויים נוספים לנוהל המסורתי כדי להקל טוב יותר על בידוד פרוטופלסט בתפזורת הניתן לשחזור למטרות טרנספקציה של פרוטופלסטבתפוקה גבוהה 20. שלבי עיקור פני השטח של רקמת הזרע והעלים לפני העיכול מפחיתים את הזיהום הפטרייתי ללא צורך במדיה אספטית. ניצול אדמה יעזור גם לשמור על עלויות נמוכות ביחס לשימוש באמצעי גידול מיוחדים או קניית מיכלים חד פעמיים סטריליים לשימוש חד פעמי. ניתן לשנות את קנה המידה של הפרוטוקול בשלבים רבים כך שיתאים לרמות שונות של תפוקה. כ-2 גרם של רקמת עלה ראשון מביא בין 5 x 106 - 10 x 106 פרוטופלסטים. מכיוון שנדרשים 5 x 106 פרוטופלסטים לכל טרנספקציה של 96 בארות, פרוטוקול הבידוד, כפי שהוא כתוב, יכול להכיל 2 ריצות של פרוטוקול הטרנספקציה. פרוטוקול זה משתמש גם ב-MMg כתמיסת הכביסה במקום בתמיסת W5 הקנונית. זה נגזר במקור מפרסומים עבור פרוטופלסט שורש Arabidopsis כאמצעי להפחתת מספר פתרונות החיץ המשמשים לכל שלב נתון של הליך טרנספקציה של פרוטופלסט21. עם זאת, הוא שימש גם עבור פרוטופלסט עלי תירס אטיולטים במהלך 202222. שיפור נוסף לבידוד והעברה של כל פרוטוקול פרוטופלסט יהיה פישוט והפחתה של פתרונות חיץ. כפי שהוא נראה כרגע, פרוטוקול זה עובר בין מאגר העיכול הקנוני, מאגר W5, מאגר MMg ומאגר WI. פישוט הפתרונות יועיל מאוד לשיפור יכולת השחזור של ניסויי פרוטופלסט ולהפחתת השונות מאדם לאדם או מאצווה לאצווה בין ניסויים. יש לציין כי החידוש האחרון של הפרוטוקול הוא היעדר הסרה מוחלטת של פתרונות חיץ לאחר טרנספקציה של PEG. הסיבה לכך שהאוטומציה אפשרית היא מכיוון שהפרוטופלסט, התירס האטיולי המוצג כאן ואחרים שבדקנו, היא שנראה שהם סובלים את הדילול כאמצעי לדיכוי התגובה במקום הסרה מוחלטת של פתרונות החיץ השונים11. ייצור המדווח, כפי שמצוין על ידי בקרת הטרנספקציה של GFP המשמשת כאן, מצביע על כך שפרוטופלסט יכול לסבול עד 5% PEG ללא השפעה שלילית על עוצמת הקרינה (איור משלים 6). ערך זה הוא יותר מכפול ממה שיהיה ריכוז ה-PEG הצפוי עם השלמת הפרוטוקול המתואר כאן.

איור 1: סכימה להמחשה של הליך בידוד הפרוטופלסט והטרנספקציה. שלבים, שבהם הוכנסה אוטומציה מסומנים על ידי הקווים האדומים המקווקווים והתיבות הכחולות הנלוות. מספרים המוקפים בעיגול אדום תואמים לשלוש השיטות המתוארות. נוצר עם BioRender.com. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: אפקט הקצה וההשפעה של הפחתת פריסות שכפול. (A) מפות טופוגרפיות המציגות שינוי קיפול של עוצמת הקרינה עבור לוחות של 96 בארות שהועברו עם pSYN11250 ביחס לממוצע הלוח עבור 3 ניסויי שכפול בלתי תלויים (Rep). הממוצע של הניסויים הללו מוצג גם עם סכימת החסימה, המסומנת על ידי קווים מקווקוים בצבעים שונים המונחים מעל. (ב) תרשימי רצועה המראים את אמצעי הבלוק כאחוז מממוצע הלוח הכולל עבור לוחות שכפול 1, 2 ו-3 משמאל לימין. העיגולים השקופים למחצה מייצגים את נקודות הנתונים הגולמיות לאחר החלוקה בממוצע הצלחת. קווי השגיאה הם רווחי בר-סמך של 95% ברמה 0.05, כאשר המקף המרכזי מציין את הממוצע. הצבעים החום, הזהוב והאפור מציינים את הקצה, השורה השנייה והחלק הפנימי של הצלחת, בהתאמה. הקו האדום המקווקו ב-100% מייצג את ממוצע הצלחת הכולל. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
| מאגר | מגיב |
| עיכול | 1.5% תאית Rs |
| 0.3% מקרו-אנזים | |
| מניטול 0.6 מ' | |
| 10 מ"מ MES (pH 5.7) | |
| 1 מ"מ CaCl2 | |
| 0.1% (w/v) BSA | |
| 0.5 ננומטר β-מרקפטואתנול או 0.5 מ"מ DTT | |
| מ.מ.ג | מניטול 0.6 מ' |
| 15 מ"מ MgCl2 | |
| 4 מ"מ MES, pH 5.7 | |
| W5 | 154 מ"מ NaCl |
| 125 מ"מ CaCl2 | |
| 5 מ"מ KCl | |
| 2 מ"מ MES, pH 5.7 | |
| ויסקונסין | מניטול 0.6 מ' |
| 4 מ"מ MES, pH 5.7 | |
| 4 מ"מ KCl | |
| יתד | 30% PEG (w/v) |
| מניטול 0.6 מ' | |
| 100 מ"מ CaCl2 |
טבלה 1: פתרונות חיץ לבידוד וטרנספקציה של פרוטופלסט תירס אטיולטי.
| נציג | מקור | דף. | סכום מרובע | Mn Sq | ערך F | יח"צ (>F) |
| שכפל 1 | חסימה | 2 | 0.26 | 0.13 | 10.64 | <0.001 |
| שיורית | 93 | 1.135 | 0.012 | |||
| שכפל 2 | חסימה | 2 | 0.507 | 0.25 | 21.41 | <0.001 |
| שיורית | 93 | 1.102 | 0.012 | |||
| שכפל 3 | חסימה | 2 | 0.179 | 0.09 | 4.48 | 0.014 |
| שיורית | 93 | 1.861 | 0.02 |
טבלה 2: טבלת ANOVA חד כיוונית עבור שלושת השכפולים של ניסוי הטרנספקציה pSYN11250 עם 96 בארות. עבור כל לוח שכפול: עמודת המקור מציינת את מקור הווריאציה, Df מציין דרגות חופש, Sum Sq מציין סכום ריבועים, Mn Sq מציין ריבועים ממוצעים (Sum Sq/Df), ערך F מציין את היחס בין Mn_Sq (בלוק) ל-Mn_Sq (שגיאה), ו-Pr(>F) מציין את ערך ה-p של מבחן F הכללי.
איור משלים 1: צילומי מסך של לוח המחוונים של התוכנה. קטגוריות בחירה הנוגעות ליצירת שיטה חדשה כמו גם פריסות החפיסה עבור פרוטוקולי אקראיות וטרנספקציה. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.
איור משלים 2: שלבי מפתח בהגדרה של פרוטוקול יצירת לוחות טרנספקציה. צילומי מסך שצולמו במהלך יצירת פרוטוקול יצירת לוחית הטרנספקציה. המספר והכותרת של כל פאנל תואמים לשלבים בפרוטוקול. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.
איור משלים 3: צילומי מסך עבור מניפולציה של תוכנות מעבדה וטעינת טיפים ליצירת פרוטוקול טרנספקציה. אלה מייצגים שלבים המתרחשים פעמים רבות לאורך הפרוטוקול, כך שכדי להימנע מאזכור חוזר של צעדים מייצגים מוצגים כאן. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.
איור משלים 4: ערבוב תא-DNA באמצעות השהיית משתמש 1. צילומי מסך שצולמו במהלך יצירת פרוטוקול הטרנספקציה. המספר והכותרת של כל פאנל תואמים לשלבים בגוף הפרוטוקול. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.
איור משלים 5: הסרת סופרנטנט לאחר השהיית משתמש 1 באמצעות העברת דגימות למיקרו-פלטה. צילומי מסך שצולמו במהלך יצירת פרוטוקול הטרנספקציה. המספר והכותרת של כל פאנל תואמים לשלבים בגוף הפרוטוקול. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.
איור משלים 6: פרוטופלסט עלי תירס אטיולטים של ZsGreen שטופל בריכוזים שונים של PEG במהלך זמן חיץ WI. תרשים עמודות המציג את עוצמת הקרינה היחסית של פרוטופלסט לאחר טיפול PEG ב-24, 48 ו-72 שעות עם מדידה על ידי קורא מיקרו-פלטות. שורת שגיאה = SD, n = 4. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.
כתב יד זה מתאר פרוטוקול לאוטומציה של יצירת לוחות טרנספקציה ובידוד פרוטופלסט עלי תירס עם טרנספקציה אוטומטית. להשלמה מוצלחת של חלק יצירת לוחות הטרנספקציה של הפרוטוקול, הוא דורש רובוט אוטומטי לטיפול בנוזלים המצויד בתרמיל בעל 8 ערוצים. עבור פרוטוקול הטרנספקציה, מומלץ תרמיל של 96 בארות עבור טרנספקציה מלאה ואחידה של 96 בארות. ניתן להשלים את שיטת הטרנספקציה באמצעות תרמיל בעל 8 ערוצים, אך יש לקחת בחשבון במיוחד את משך הזמן שלוקח צעדי השאיפה והחלוקה, כמו גם את הזמן שניתן לייחס להחלפת טיפים בין עמודות. הבדלים במשך הדגירה של PEG מתועדים היטב כבעלי השפעה משמעותית על יעילות הטרנספקציה והביטוי, ולכן יש לשקול תשומת לב מיוחדת לגורמים תורמים אלה כדי למנוע פער בטיפול בדגימה13. לפני שמתחילים בפרוטוקול המטפל בנוזלים, חשוב לשקול את שלבי הפרוטוקול והאם ניתן להשלים פעילויות מסוימות בו זמנית. פרוטוקול זה משתמש במכשיר שטוען טיפים על תרמיל 96 הבארות ממיקום אחד על הסיפון. המטפל בנוזלים עבור פרוטוקול זה כולל פונקציה שבה הרובוט מחליף קופסאות טיפים במהלך תקופות הדגירה או במהלך שלבי ההשהיה של המשתמש כדי להימנע מהוספת זמן נוסף לפרוטוקול. בעת קבלת ההחלטה לקנות מטפל בנוזלים, חשוב על פונקציונליות ונוחות פוטנציאלית לחיסכון בזמן.
בעוד שפרוטוקול זה פותח כדי להשתמש בהתקני Beckman Coulter NXp ו- Biomek FX, ניתן להתאים פרוטוקול זה לכל התקן טיפול בנוזלים דומה. לכל המטפלים בנוזלים יש אמצעים מסוימים לציין כיצד להעביר נפחים ממקום אחד למשנהו וכמה. עבור פרוטוקול זה, התקנים אלה השתמשו בפקודה העברה משורת קובץ. אם כלי המעבדה מוגדר כהלכה, משתמש יכול לעבור מכל כלי או אליו. בנסיבות חריגות, כגון אם מדפי צינורות או מתאמים אינם זמינים מסחרית, ניתן להשתמש בהדפסת תלת מימד במחברים כאלה. עבור פרוטוקולי טרנספקציה אופייניים של פרוטופלסט, 20 מיקרוגרם DNA בריכוז של 1 מיקרוגרם/מיקרוליטר הוא נפח סטנדרטי של חומר עבור פלטפורמות פרוטופלסט רבות13. במהלך יצירת לוחית הטרנספקציה, כאמצעי זהירות נוסף, השתמש בקצות מסנן של 0.2 - 20 מיקרוליטר כדי למזער כל סיכון לזיהום עקב פלסמיד תרסיס במהלך ההעברה. הסרת המרכיב האנושי של ההכנה מפחיתה את השונות לאורך זמן ומשפרת את יכולת השחזור של ניסויים בעלי תפוקה גבוהה אלה. כמו כן, ניתן להכין צלחות זמן רב מבעוד מועד. הכנה זו תקל על הלחץ של מדען הטרנספקציה ביום הניסוי. עם זאת, חשוב להימנע מאחסון לוחות אלה של DNA פלסמיד ב-4 מעלות צלזיוס לפרקי זמן ממושכים מכיוון שדגימות עלולות להתאדות. יש לאחסן דגימות במקפיא של -20 מעלות צלזיוס ולאחר מכן ניתן להפשיר אותן במקרר של 4 מעלות צלזיוס לפני ההעברה. לאחר שפרוטוקול יצירת לוחית טרנספקציה זה מתוכנת, הוא אמור להיות ניתן לחזרה בקלות על ידי אספקת .csv העברה מקובץ חדש ותפוסת אותם מיקומי סיפון עבור הדגימות, תוכנות המעבדה והריאגנטים.
עבור הליך ההעברה האוטומטי (שלב 3), מכינים עודף של תמיסת PEG כדי להבטיח שאיפה שווה של הנוזל הצמיג מהשוקת, בדרך כלל עודף של 40 מ"ל כדי להסביר את הנפח המת. שימוש בדיוק בכמות הנדרשת לטרנספקציה יכול לגרום למשיכת אוויר לתוך הפיפטות ולשאיבת נפחים לא אחידים של PEG על פני ראש 96 הערוצים. אמנם ניתן להכין פתרון זה גם מבעוד מועד, אך מומלץ להכין אותו ביום הטרנספקציה. עיקור תמיסת ה- PEG יכול להיעשות באמצעות פילטר מזרק, אך בשל הצמיגות זה יכול להיות קשה. השימוש ביחידת מסנן ואקום מהיר יותר ויכול להקל על כל תסכול או כאב הקשורים לפעילות זו. בדומה לתמיסת ה-PEG, מסופק גם עודף של פתרונות חיץ טרנספקציה אחרים (W5, WI) כדי להבטיח פיפטינג שווה על פני ראש 96 הערוצים. ניתן להכין תמיסות חיץ (W5 ו-WI) מבעוד מועד בכמויות גדולות לשימוש לריצות עתידיות של מטפל בנוזלים. בעוד שהריאגנטים אינם יקרים, יש כמות לא מבוטלת של הקרבה של תמיסת חיץ. עם המספר ההולך וגדל של ריצות ביום, ייתכן שעדיף להשתמש בחלופות למאגר שיפחיתו את העודפים המושלכים בסוף הריצה. במהלך הפעלת פרוטוקול המטפל בנוזלים, ניתן להוסיף W5 ו-WI לשקתות המתאימות לפני תחילת הפרוטוקול, במהלך הדגירה של 15 דקות, או במהלך שלבי ההשהיה של המשתמש בפרוטוקול. היזהר בעת הוספת חוצצים במהלך תקופת הדגירה בשל תכונות בטיחות כמו וילון אור. הקפד לנקות את כל הודעות האזהרה מהתוכנה כדי למנוע כל הפרעה לא מכוונת של הפרוטוקול.
פרוטוקול זה משקף שיפור אמין, חוזר וישים באופן נרחב על פרוטוקולים אוטומטיים שתועדו בעבר לטיפול בפרוטופלסט12,13. שיטה זו ניתנת להתאמה לרפרטואר האינסופי לכאורה של פרוטוקולי פרוטופלסט מכיוון שרבים תלויים באותה סדרה של שלבי מניפולציה של מאגר. הפחתת אפקט הקצה באמצעות ה-RICBD במהלך יצירת לוחית הטרנספקציה האוטומטית מפחיתה בו זמנית את כמות המאמץ והשונות תוך החלת תיקון מובהק סטטיסטית של אפקט הקצה. טרנספקציה של 96 בארות של פרוטופלסט מבטלת את האפשרות של כל וריאציה הקשורה לזמן הדגירה של PEG, ומבצעת את התגובה בתוך כל 96 הבארות בו זמנית. בעוד שהפרוטוקול נועד להשיג אוטומציה מלאה של שלבי הטרנספקציה, הפסקות המשתמש ידרשו התערבות פיזית של מדען הטרנספקציה. בשנים האחרונות חלו התקדמות רבה בצנטריפוגות עמידות לחוסר איזון ותואמות אוטומציה. בעזרת ציוד זה ניתן יהיה להפוך את השיטה כולה לאוטומטית ללא מעורבות המשתמש. לחלופין, פרוטוקולים אחרים נמנעו מצנטריפוגה בכך שאפשרו לפרוטופלסט להתיישב בתחתית הבאר לאחר טרנספקציה12,13. עם זאת, זה יוסיף זמן נוסף להליך הטרנספקציה ועודף זמן דגירה במאגר W5 לפני דגירה לילה ב-WI.
במקומות רבים בשיטת הטרנספקציה, הוא מתאר את הטיפול בנפחים העולים על 200 מיקרוליטר כאשר הטיפול בנוזל חייב להיעשות באמצעות העברות מרובות. בהתאם לגיל ולדגם של המטפל בנוזלים, שלב זה יכול וצריך להיעשות כנפח אחד בודד. עבור מטפלי הנוזלים הוותיקים יותר, כמו הדגם המתואר כאן, המקסימום שניתן לשאוב באמצעות ראש של 96 בארות הוא 200 מיקרוליטר. שיפור ברור לשיטה הן ביעילות והן ברמת הדיוק יהיה להפחית את מספר ההעברות כדי למזער כל סיכון פוטנציאלי לשפיכה, טפטוף או זיהום. שיקולים אחרים לשיפור פרוטוקולי הטיפול בנוזלים מתוארים בסקירות של טכנולוגיות אלה וניצולן בתחום הביוטכנולוגיה23.
כל המחברים מועסקים על ידי סינג'נטה, חברת ביוטכנולוגיה חקלאית בינלאומית, המשתמשת באופן שגרתי בטכנולוגיית טרנספורמציה ליצירת מוצרים מהונדסים גנטית.
המחברים רוצים להודות למדענים הרבים בסינג'נטה שתומכים בעבודה הזו ולצוות שלנו מדי יום. יש להעניק הכרה מיוחדת למשפחה ולחברים שתמיכתם הבלתי נראית לעתים קרובות היא חיונית להמשך הצלחתו של צוות הבדיקה הארעית.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| (2)&בטא;-מרקפטואתנול | Sigma | M6250 | |
| 2-(N-Morpholino) חומצה אתנסולפונית (MES) מונוהידראט | Sigma | 69892 | |
| צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל עם מכסה שטוח סטרילי | פישר | 22-010-064 | |
| 96 באר אופטי Btm Plt פולימר בסיס שחור עם מכסה תרבית תאים סטרילית PS .4 מ"ל באר | פישר | 12-566-70 | |
| Axygen Biomek FX / NX טיפים רובוטיים, לא סטריליים, פישר רחב משעמם | 14-222-096 | ||
| Axygen Robotic Tips מסנן 30uL, סטרילי, מתלה | פישר | 14-222-103 | |
| Bel-Art SP Scienceware Lab Companion מייבש ואקום בסגנון עגול | פישר | 08-648-10 | |
| Bemis 2 IN. X 250 רגל רול מעבדה Parafilm | פישר | 13-374-16 | |
| Biomek FXP | בקמן קולטר | 902508 | |
| סידן כלוריד דיהידראט | סיגמא | C5080 | |
| Chemglass מדעי החיים המוציטומטר חד פעמי | פישר | 50-131-1352 | |
| אקונומיקה קוטל חיידקים קלורוקס, | |||
| קורנינג מיקרופלייט | פישר | 07-200-684 | |
| קורנינג 96 בלוקים לבדיקת בארות, 2 מ"ל, 96 באר סטנדרטיים | פישר | 07-200-701 | |
| DL-Dithiothreitol (DTT) | Sigma | 10197777001 | |
| D-Mannitol | סיגמא | M9546 | |
| פישרברנד 60 מ"ל מזרק פלסטיק | פישר | 14-955-461 | |
| פישרברנד מסננת תאים סטרילית 40um | פישר | 22-363-547 | |
| פישרברנד צלחות פטרי עם מכסה שקוף, ניתן לערום, 100 מ"מ x 25 מ"מ, מארז של 325 | פישר | FB0875711 | |
| מגנזיום כלוריד הקסהידרט | סיגמא | M2670 | |
| יחידת מסנן מונעת מזרק Millex סטרילית 33 מ"מ PES .22um | פישר | SLGPR33RS | |
| יחידת מסנן מונעת מזרק Millex סטרילית 33 מ"מ PVDF.45um | פישר | SLHAR33SS | |
| MillliporeSigma Steriflip יחידות מסנן ואקום חד פעמיות סטריליות 50 מ"ל | PES פישר | SCGP00525 | |
| פולי (אתילן גליקול) 4000 | סיגמא | 81240 | |
| רדי-ארת' פלאג & תערובת שתילים | Wyatt Quarles | GP92747 | |
| סכיני גילוח סכין גילוח בקצה יחיד בחזרה .009RD | פישר | 12-640 | |
| מוצרי מחקר בינלאומיים Corp Cellulase RS | פישר | 50-213-232 | |
| מוצרי מחקר בינלאומיים Corp Macerozyme R-10 | פישר | 50-213-444 | |
| נתרן כלורי | סיגמא | S7653 | |
| מגש פנימי - 36 תאים - 6x6 מקונן | האמרט | 11635000 | |
| Tween-20 | משאבת ואקום Sigma | P1379 | |
| VACUUBRAND ME1, 100-120V, 50/60 הרץ, תקע ארה"ב | VWR | 97058-164 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission