Automazione dello screening della microscopia crioelettronica su più griglie utilizzando Smart Leginon
1 dicembre 2023
Lo screening multi-griglia della microscopia crioelettronica (cryoEM) è spesso un processo noioso che richiede ore di attenzione. Questo protocollo mostra come impostare una raccolta Leginon standard e Smart Leginon Autoscreen per automatizzare questo processo. Questo protocollo può essere applicato alla maggior parte delle griglie a foil forato cryoEM.
Al Simons Electron Microscopy Center, miriamo a fornire eccellenti servizi, competenze e formazione di microscopia elettronica ai ricercatori locali e nazionali e a sviluppare metodi innovativi per ottimizzare i flussi di lavoro. Il nostro ambito copre l'assistenza, lo sviluppo, l'apprendimento automatico e la ricerca biomedica. Stiamo cercando di rispondere, come possiamo ottimizzare al meglio i nostri servizi?
L'apprendimento automatico sta cambiando il campo della microscopia elettronica. La raccolta dei dati sta diventando automatizzata. Gli strumenti di analisi dei dati stanno rapidamente diventando sempre più efficienti.
Ciò include la riduzione del rumore delle immagini, il prelievo delle particelle, l'analisi della flessibilità 3G e la costruzione di modelli. Aggiorniamo regolarmente il software per tenere conto di diverse situazioni, come diversi fori della griglia, raccolta inclinata o bug identificati tramite il software di beta testing nel nostro ambiente di produzione. Integriamo anche il feedback dei nostri utenti, quindi forniamo continuamente funzionalità utili per loro.
Smart Leginon affronta le attività laboriose e dispendiose in termini di tempo per lo screening di una o più griglie su un crioTEM. Consente agli operatori e ai ricercatori di esaminare e analizzare più rapidamente le griglie, liberando tempo per ottimizzare le condizioni della griglia e del campione in parallelo. In questo modo si riducono anche i tempi e i costi del microscopio.
Smart Leginon autoscreen offre uno screening multigriglia completamente non presidiato, che richiede circa 10 minuti per impostare lo screening per 12 griglie. Rispetto allo screening manuale, il nostro protocollo consente di risparmiare diverse ore al giorno. Dall'introduzione di Smart Leginon, sono stati sviluppati altri software gratuiti e commerciali per un'automazione simile.
Panoramica
Questo protocollo descrive l'automazione dello screening multi-griglia della crio-microscopia elettronica (cryoEM) utilizzando Smart Leginon Autoscreen. Semplificando il processo di configurazione, i ricercatori possono ridurre significativamente il tempo speso sullo screening delle griglie, consentendo un'analisi più efficiente e un'ottimizzazione delle condizioni del campione.
Componenti principali dello studio
Area della scienza
- Crio-microscopia elettronica
- Automazione nella microscopia
- Analisi delle immagini
Sfondo
- Lo screening multi-griglia cryoEM è tradizionalmente laborioso.
- L'automazione può migliorare l'efficienza e ridurre i costi.
- Smart Leginon Autoscreen facilita lo screening non supervisionato.
- Il machine learning sta migliorando la raccolta e l'analisi dei dati nella microscopia elettronica.
Obiettivo dello studio
- Automatizzare il processo di screening multi-griglia cryoEM.
- Ridurre il tempo e il lavoro coinvolti nell'analisi delle griglie.
- Ottimizzare i flussi di lavoro per i ricercatori nella microscopia elettronica.
Metodi utilizzati
- Configurazione dell'interfaccia Leginon per lo screening automatizzato.
- Configurazione di varie impostazioni di targeting e di esposizione.
- Utilizzo dell'applicazione Ptolemy per l'elaborazione delle immagini.
- Integrazione del feedback degli utenti per un miglioramento continuo.
Risultati principali
- Smart Leginon Autoscreen riduce il tempo di screening di diverse ore al giorno.
- Gli operatori possono esaminare più griglie in modo efficiente.
- L'automazione consente l'ottimizzazione parallela delle condizioni della griglia e del campione.
- Aggiornamenti continui del software migliorano la funzionalità in base alle esigenze degli utenti.
Conclusioni
- L'automazione nella cryoEM migliora significativamente l'efficienza del flusso di lavoro.
- Smart Leginon Autoscreen è uno strumento prezioso per i ricercatori.
- Gli sviluppi futuri probabilmente continueranno a migliorare l'automazione e l'analisi dei dati.
Domande frequenti
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.
