Praktyczny przewodnik po niemal ciągłej ewolucji wspomaganej przez fagi i robotykę
12 stycznia 2024
Niemal ciągła ewolucja wspomagana fagami i robotyką (PRANCE) to technika szybkiej i solidnej ewolucji białek. Robotyka umożliwia równoległość eksperymentów, monitorowanie w czasie rzeczywistym i kontrolę sprzężenia zwrotnego.
Staramy się, aby tajemniczy proces ewolucji był na tyle przewidywalny, aby można go było wykorzystać w inżynierii. PRANCE daje nam możliwość wprowadzenia ewolucji do skali czasowej laboratorium z równoległością, aby lepiej ją zrozumieć. Automatyzacja laboratoriów wprowadza koncepcje z bardziej ogólnej inżynierii oprogramowania, w tym sztucznej inteligencji, do opracowywania kodu sterującego.
Firma integruje również ramiona manipulatorów i wielokierunkowe systemy przenośników z platformami do obsługi cieczy. Ogólnie rzecz biorąc, automatyzacja obejmuje bardziej zaawansowaną instrumentację i przepływy pracy. Kontrola sprzężenia zwrotnego poprawia ciągły sukces ewolucji, zapobiegając typowym trybom awarii, takim jak wyginięcie.
Jest to niezbędne podczas ewolucji multipleksowych, w których cząsteczki mają różne działania wyjściowe, a rygorystyczność dynamicznej ewolucji ma kluczowe znaczenie dla pożądanych wyników. Nowe pytania naukowe obejmują badanie, w jaki sposób różne warunki wpływają na ewolucję, oraz przyglądanie się wpływowi na propagację fagów i wydajność obwodów ewolucyjnych. Dzięki tym ulepszonym narzędziom inżynierii białkowej chcemy stworzyć bardziej wyrafinowane białka, które są wrażliwe na środowisko i dynamiczne w swojej funkcji.
Przegląd
Phage- and Robotics-assisted Near-continuous Evolution (PRANCE) to nowatorska technika zaprojektowana w celu szybkiej i skutecznej ewolucji białek. Dzięki wykorzystaniu robotyki metoda ta umożliwia paralelizację eksperymentów, monitorowanie w czasie rzeczywistym oraz sterowanie sprzężeniem zwrotnym, co zwiększa przewidywalność procesów ewolucyjnych w warunkach laboratoryjnych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Inżynieria białek
- Biologia ewolucyjna
- Automatyzacja laboratoryjna
Wprowadzenie
- PRANCE integruje koncepcje z zakresu inżynierii oprogramowania i AI z przepływami pracy laboratoryjnych.
- Automatyzacja obejmuje zaawansowaną aparaturę, taką jak ramiona manipulatora i systemy przenośników.
- Sterowanie sprzężeniem zwrotnym jest kluczowe dla zapobiegania ekstynkcji podczas ewolucji multipleksowych.
- Dynamiczna rygorystyczność ewolucyjna jest niezbędna do osiągnięcia pożądanych wyników.
Cel badania
- Uczynienie procesu ewolucji przewidywalnym w zastosowaniach inżynieryjnych.
- Zbadanie, w jaki sposób różne warunki wpływają na ewolucję i propagację fagów.
- Zaprojektowanie zaawansowanych białek wrażliwych na zmiany środowiskowe.
Zastosowane metody
- Robotyka w celu równoległego prowadzenia eksperymentów.
- Monitorowanie procesów ewolucyjnych w czasie rzeczywistym.
- Mechanizmy sterowania sprzężonego w celu usprawnienia ewolucji ciągłej.
- Integracja zaawansowanych platform do obsługi cieczy.
Główne wyniki
- Zwiększenie wskaźnika sukcesu w ewolucji ciągłej dzięki kontroli sprzężenia zwrotnego.
- Wgląd w wpływ zmiennych warunków na efektywność ewolucji.
- Opracowanie białek o funkcjach dynamicznych i wrażliwości na środowisko.
- Lepsze zrozumienie wyzwań związanych z ewolucją multipleksową.
Wnioski
- PRANCE stanowi znaczący postęp w technikach inżynierii białek.
- Automatyzacja i sterowanie sprzężone zwrotnie są kluczowe dla sukcesu eksperymentów ewolucyjnych.
- Przyszłe badania skupią się na optymalizacji warunków ewolucji białek.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ewolucja niemal ciągła wspomagana fagi i robotyką (PRANCE) umożliwia szybką, zrównolegloną inżynierię białek z informacją zwrotną w czasie rzeczywistym, rozwiązując problem nieprzewidywalności procesów ewolucyjnych w badaniach i rozwoju (B+R). Dzięki integracji robotyki i sterowania z informacją zwrotną, PRANCE wspiera skalowalne, multipleksowane eksperymenty ewolucyjne, redukując tryby awarii i zwiększając niezawodność eksperymentalną. Możliwość ta jest strategicznie ukierunkowana na przyspieszenie wczesnych odkryć i minimalizowanie ryzyka w portfolio inżynierii białek.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia systematyczną analizę funkcji białek i ścieżek ewolucyjnych w kontrolowanych warunkach.
- Wspiera biologiczne ograniczanie ryzyka poprzez zapobieganie zdarzeniom prowadzącym do wymarcia linii podczas ewolucji multipleksowej.
- Zwiększa pewność predykcyjną w odniesieniu do zaprojektowanych kandydatów białkowych dzięki sterowaniu z pętlą sprzężenia zwrotnego w czasie rzeczywistym.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Przygotowuje zwalidowane systemy ewolucji z kontrolą sprzężenia zwrotnego do dalszych etapów procesów przesiewowych.
- Standaryzuje warunki testów w setkach równoległych eksperymentów, co poprawia powtarzalność.
- Umożliwia skalowalną, wysokoprzepustową ocenę wariantów białek w celu optymalizacji funkcjonalnej.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Dostosowuje wyjściowe produkty zmodyfikowanych białek do dynamicznych, wrażliwych na środowisko funkcji istotnych dla modeli chorób.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkrycia do walidacji przedklinicznej, umożliwiając przeprowadzenie solidnej ewolucji multipleksowej.
- dostarcza wglądu w mechanizmy propagacji fagów oraz wydajność obwodów ewolucyjnych w zastosowaniach translacyjnych.
Integracja potoku i przepływu pracy
PRANCE znajduje się na styku wczesnego etapu odkrywania, identyfikacji wiodących związków oraz badań przedklinicznych, co umożliwia ciągłą ewolucję i szybką iterację kandydatów białkowych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez umożliwienie kontrolowanych eksperymentów ewolucji równoległej.
- Screening: Dostarcza powtarzalne, ilościowe wyniki umożliwiające wiarygodne porównanie wariantów białek.
- Analityka: Zapewnia monitorowanie w czasie rzeczywistym i dane zwrotne służące do wprowadzania korekt eksperymentalnych i podejmowania decyzji.
- Badania translacyjne: Łączy etapy odkrywcze i przedkliniczne poprzez generowanie białek o dynamicznych właściwościach istotnych dla przebiegu chorób.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy skalowalną, wielokrotnego użytku platformę dla bieżących inicjatyw w zakresie inżynierii białek.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w ewolucji białek.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zestandaryzowane, powtarzalne i skalowalne przepływy pracy w procesach ewolucji.
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie świadomych decyzji typu go/no-go oraz efektywne kapitałowo rozwijanie portfolio.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój zmodyfikowanych kandydatów na białka.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej z zakresu robotyki, obsługi cieczy oraz systemów sterowania z sprzężeniem zwrotnym.
- Wymaga integracji czytników płytek, pomp, grzałek oraz kompatybilnej infrastruktury oprogramowania.
- Konieczna jest standaryzacja międzyzespołowa w zakresie konfiguracji eksperymentów multipleksowych i analizy danych.
- Adaptacja do różnych białek docelowych i obwodów ewolucyjnych może wymagać optymalizacji protokołu.
- Ograniczenia praktyczne obejmują złożoność początkowej konfiguracji sprzętu oraz walidację gotowości systemu.
