Wysokoprzepustowe eksperymenty optogenetyczne na drożdżach z wykorzystaniem zautomatyzowanej platformy Lustro
August 4th, 2023
Ten protokół przedstawia kroki do wykorzystania zautomatyzowanej platformy Lustro do przeprowadzenia wysokoprzepustowej charakterystyki systemów optogenetycznych u drożdży.
Obecnie dostępne są różne urządzenia, takie jak bioreaktory i oświetlacze płytek mikrostudzienkowych. Bioreaktory oferują dobrą rozdzielczość czasową, ale mają ograniczoną przepustowość. Urządzenia z płytkami mikrodołkowymi oferują wyższą przepustowość, ale brakuje im automatyzacji do niezawodnego rejestrowania wyników w czasie.
Lustro oferuje niezawodną i wysokoprzepustową charakterystykę systemów optogenetycznych w czasie rzeczywistym. Może również współpracować z testami, które mogą być wykonywane przez roboty do obsługi cieczy. Systemy optogenetyczne są atrakcyjnym narzędziem ze względu na precyzyjną kontrolę przestrzenną i czasową, jaką oferują nad zachowaniem komórek.
Możliwość szybszego projektowania, budowania i testowania systemów optogenetycznych utoruje drogę do lepszego zrozumienia i kontroli zachowań biologicznych. Zacznij od skonfigurowania stacji roboczej automatyzacji. Dołącz urządzenie do oświetlania mikropłytek, takie jak optopłytka, która umożliwia wygodny dostęp do ramienia chwytaka robota.
Następnie przetwórz arkusz kalkulacyjny z dostępnym skryptem MATLAB, aby zaprogramować optoplate. Wykonaj program stymulacji światłem, na płytce optycznej. Aby zaprogramować robota, rozwiąż wszelkie potencjalne błędy, aby zapewnić prawidłowe działanie nośnika i definicji LabWare.
Kilkakrotnie przepuść pustą płytkę przez pętlę skryptu, aby sprawdzić, czy ramię chwytaka robota jest w stanie dokładnie podnieść i umieścić płytkę. Następnie wybierz kolonie z płytek, aby ustawić płytkę próbki. Następnie zaszczepić je w trzech mililitrach syntetycznych kompletnych pożywek w szklanych probówkach hodowlanych.
Inkubuj te kultury przez noc w temperaturze 30 stopni Celsjusza na bębnie rolkowym w ciemności. W kuwecie rozcieńczyć 200 mikrolitrów kultury w jednym mililitrze syntetycznego kompletnego podłoża. Zapisać jego gęstość optyczną za pomocą spektrofotometru.
Następnie rozcieńczyć każdą kulturę przez noc do gęstości optycznej 0,1 w szklanych probówkach hodowlanych. Rozcieńczone kultury należy odpipetować na płytkę 96-dołkową. Uwzględnij studzienki z ślepą pożywką i niefluorescencyjnymi komórkami jako kontrole ujemne.
Inkubować płytkę z próbką w inkubatorze z wytrząsarką w temperaturze 30 stopni Celsjusza przez pięć godzin. Teraz umieść płytkę próbki na wytrząsarce grzałki. Zainicjuj skrypt automatyzacji, klikając uruchom.
Po zarejestrowaniu początkowego pomiaru na czytniku płytek należy uruchomić program stymulacji świetlnej, włączając listwę zasilającą urządzenia oświetleniowego. Wartości fluorescencji w czasie dla szczepu optogenetycznego wykazały, że ogólny poziom fluorescencji był proporcjonalny do cyklu pracy stymulacji świetlnej. Odpowiednie wartości gęstości optycznej były spójne, co sugeruje, że na wzrost nie miały wpływu zmienne warunki oświetleniowe.
Różne szczepy optogenetyczne wykorzystywały różne reakcje na intensywność impulsów świetlnych, okres i zmiany cyklu pracy.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten protokół opisuje kroki wykorzystywania zautomatyzowanej platformy Lustro do przeprowadzania charakteryzacji wysokowydajnych systemów optogenetycznych u drożdży. Lustro zapewnia niezawodną i wydajną charakteryzację w czasie rzeczywistym, łącząc się z robotami do manipulacji płynami dla zwiększenia automatyzacji.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Optogenetyka
- Wysokowydajne przesiewowe badania
- Modele systemów drożdżowych
Tło
- Systemy optogenetyczne pozwalają na precyzyjną kontrolę nad zachowaniem komórek.
- Obecne urządzenia obejmują bioreaktory i oświetlacze do mikrodołków.
- Bioreaktory zapewniają drobną rozdzielczość czasową, ale ograniczony przepływ.
- Urządzenia do mikrodołków oferują wyższy przepływ, ale brakuje automatyzacji.
Cel badania
- Wykorzystanie Lustro do charakteryzacji wysokowydajnych systemów optogenetycznych.
- Poprawa automatyzacji w rejestracji wyników na przestrzeni czasu.
- Zwiększenie wydajności badań przeprowadzanych za pomocą robotów do manipulacji płynami.
Stosowane metody
- Wykorzystanie platformy Lustro do charakteryzacji.
- Integracja z robotami do manipulacji płynami dla automatyzacji badań.
- Monitorowanie w czasie rzeczywistym systemów optogenetycznych.
- Porównanie z tradycyjnymi metodami bioreaktorów i mikrodołków.
Główne wyniki
- Lustro zapewnia niezawodną charakteryzację systemów optogenetycznych.
- Możliwości wysokiego przepływu przewyższają tradycyjne metody.
- Rejestrowanie danych w czasie rzeczywistym poprawia dokładność eksperymentu.
- Automatyzacja zmniejsza manualne interwencje i błędy.
Wnioski
- Lustro jest skutecznym narzędziem do wysokowydajnych badań optogenetycznych.
- Automatyzacja znacznie poprawia przepływ eksperymentu.
- Przyszłe zastosowania mogą obejmować inne systemy biologiczne.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
High-throughput optogenetics in yeast, enabled by the Lustro platform, addresses the bottleneck of iterative design-build-test cycles in synthetic biology and gene circuit engineering. By automating light stimulation and quantitative readouts, Lustro enhances predictive confidence and accelerates early discovery inflection points for programmable cell systems. This capability supports portfolio-wide evaluation of optogenetic constructs, reducing cycle time and resource intensity in R&D pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rapid interrogation of gene circuit function under controlled light conditions.
- Supports biological de-risking by quantifying optogenetic response dynamics across multiple constructs.
- Facilitates functional target validation through precise, programmable stimulation and measurement.
- Improves predictive confidence for advancing synthetic biology assets.
Screening & Assay Development
- Automates preparation and stimulation of yeast strains for standardized, reproducible assays.
- Delivers high-throughput, quantitative fluorescence and growth measurements for robust screening.
- Enables scalable evaluation of optogenetic system parameters such as duty cycle and intensity.
- Supports reliable compound or construct assessment in multiplexed formats.
Translational & Preclinical Research
- Aligns optogenetic system performance with disease-relevant cellular behaviors when applicable.
- Provides continuity from discovery to preclinical validation for programmable gene expression systems.
- Reduces mechanistic ambiguity by linking light input to quantitative phenotypic outputs.
Pipeline & Workflow Integration
Lustro integrates into the discovery-to-lead identification continuum by automating optogenetic system characterization and enabling data-driven construct selection for downstream development.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification via programmable light stimulation and real-time measurement.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible, and quantitative outputs for construct triage.
- Analytics: Provides time-resolved fluorescence and growth data to compare optogenetic responses across conditions.
- Translational Research: Facilitates continuity for programmable systems advancing toward preclinical models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable automation platform for iterative synthetic biology workflows.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic uncertainty in optogenetic system development.
- Operational Value: Standardizes and scales optogenetic assays, minimizing manual intervention and error.
- Strategic Value: Accelerates go/no-go decisions and optimizes resource allocation across synthetic biology portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of programmable cell system assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in optogenetics, automation programming, and quantitative assay design.
- Depends on integrated instrumentation: illumination device, plate reader, shaker, and robotic arm.
- Demands cross-team standardization of protocols and data formats for reproducibility.
- Adaptation to other model systems may require hardware and protocol modifications.
- Throughput and assay complexity are limited by platform configuration and plate format.
