Smart Leginon を使用した複数のグリッドにわたるクライオ電子顕微鏡スクリーニングの自動化
2023年12月1日
クライオ電子顕微鏡(クライオ電子顕微鏡)のマルチグリッドスクリーニングは、多くの場合、何時間もの注意を必要とする退屈なプロセスです。このプロトコルでは、このプロセスを自動化するために、標準の Leginon コレクションと Smart Leginon Autoscreen を設定する方法を示します。このプロトコルは、大部分のクライオ電子顕微鏡穴埋めグリッドに適用できます。
サイモンズ電子顕微鏡センターでは、優れた電子顕微鏡サービス、専門知識、トレーニングを国内外の研究者に提供し、ワークフローを最適化する革新的な方法を開発することを目指しています。当社の範囲は、サービス、開発、機械学習、生物医学研究をカバーしています。私たちは、どうすればサービスをよりよく最適化できるのか、その答えを出そうとしています。
機械学習は電子顕微鏡の分野を変えています。データ収集は自動化されつつあります。データ分析ツールは急速に効率化しています。
これには、画像のノイズ除去、粒子ピッキング、3G柔軟性分析、モデル構築が含まれます。私たちは、さまざまなグリッドホール、傾いたコレクション、本番環境でのベータテストソフトウェアで特定されたバグなど、さまざまな状況を考慮してソフトウェアを定期的に更新しています。また、ユーザーからのフィードバックも統合し、ユーザーに役立つ機能を継続的に提供しています。
Smart Leginon は、クライオ TEM 上の 1 つまたは複数のグリッドをスクリーニングするという、労働集約的で時間のかかるタスクに対処します。これにより、オペレーターや研究者はグリッドをより迅速にスクリーニングおよび分析できるようになり、グリッドとサンプルの状態を並行して最適化する時間を確保できます。これにより、顕微鏡の時間とコストも削減されます。
Smart Leginon オートスクリーンは、12 グリッドのスクリーニングを設定するのに約 10 分かかる、完全に無人のマルチグリッドスクリーニングを提供します。手作業によるスクリーニングと比較して、当社のプロトコルは1日あたり数時間の節約になります。Smart Leginonの導入以来、同様の自動化のために他のフリーソフトウェアや商用ソフトウェアが開発されてきました。
概要
このプロトコルは、Smart Leginon Autoscreenを使用したクライオ電子顕微鏡（cryoEM）マルチグリッドスクリーニングの自動化について説明しています。セットアッププロセスを効率化することで、研究者はグリッドスクリーニングにかかる時間を大幅に削減し、サンプル条件のより効率的な分析と最適化を可能にします。
主要な研究構成要素
科学の分野
- クライオ電子顕微鏡
- 顕微鏡の自動化
- 画像解析
背景
- クライオEMマルチグリッドスクリーニングは従来、労働集約的です。
- 自動化により効率が向上し、コストが削減されます。
- Smart Leginon Autoscreenは、無人スクリーニングを容易にします。
- 機械学習は電子顕微鏡でのデータ収集と分析を改善しています。
研究の目的
- クライオEMマルチグリッドスクリーニングプロセスを自動化する。
- グリッド分析にかかる時間と労働を削減する。
- 電子顕微鏡の研究者のためのワークフローを最適化する。
使用された方法
- 自動化スクリーニングのためのLeginonインターフェースのセットアップ。
- 様々なターゲティングと露出設定の構成。
- 画像処理のためのPtolemyアプリケーションの利用。
- 継続的な改善のためのユーザーフィードバックの統合。
主要な結果
- Smart Leginon Autoscreenは、毎日数時間スクリーニング時間を削減します。
- オペレーターは複数のグリッドを効率的にスクリーニングできます。
- 自動化により、グリッドとサンプル条件の並行最適化が可能になります。
- 継続的なソフトウェアアップデートにより、ユーザーのニーズに基づいて機能が強化されます。
結論
- クライオEMの自動化により、ワークフローの効率が大幅に向上します。
- Smart Leginon Autoscreenは研究者にとって価値あるツールです。
- 将来の発展は、自動化とデータ分析をさらに向上させる可能性が高いです。
よくある質問
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.
