Praktyczny przewodnik po niemal ciągłej ewolucji wspomaganej przez fagi i robotykę
January 12th, 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 przeznaczona do szybkiego i solidnego ewolucji białek. Wykorzystując robotykę, ta metoda umożliwia paralelizację eksperymentów, monitorowanie w czasie rzeczywistym oraz kontrolę zwrotnego działania, co zwiększa przewidywalność procesów ewolucyjnych w warunkach laboratoryjnych.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Inżynieria białek
- Biologia ewolucyjna
- Automatyzacja laboratorium
Tło
- PRANCE integruje koncepcje z inżynierii oprogramowania i AI do przepływów pracy w laboratorium.
- Automatyzacja obejmuje zaawansowane instrumenty, takie jak ramiona manipulatorów i systemy przenośników.
- Kontrola zwrotnego działania jest kluczowa dla zapobiegania wyginięciu podczas wielokrotnych ewolucji.
- Dynamiczna rygorystyczność ewolucji jest niezbędna do osiągnięcia pożądanych wyników.
Cel badania
- Uczynić proces ewolucji przewidywalnym dla zastosowań inżynieryjnych.
- Zbadanie, jak różne warunki wpływają na ewolucję i propagację fagów.
- Inżynieria skomplikowanych białek, które są wrażliwe na zmiany środowiskowe.
Zastosowane metody
- Robotyka dla paralelizacji eksperymentów.
- Monitorowanie w czasie rzeczywistym procesów ewolucyjnych.
- Mechanizmy kontroli zwrotnego działania do wzmocnienia ciągłej ewolucji.
- Integracja zaawansowanych platform do manipulacji płynami.
Główne wyniki
- Poprawione wskaźniki sukcesu w ciągłej ewolucji dzięki kontroli zwrotnego działania.
- Wgląd w wpływ zmiennych warunków na efektywność ewolucji.
- Rozwój białek o dynamicznych funkcjach i wrażliwości na środowisko.
- Lepsze zrozumienie wyzwań wielokrotnej ewolucji.
Wnioski
- PRANCE reprezentuje znaczący postęp w technikach inżynierii białek.
- Automatyzacja i kontrola zwrotnego działania są kluczowe dla udanych eksperymentów ewolucyjnych.
- Przyszły badania skupiają się na optymalizacji warunków dla ewolucji białek.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Phage- and Robotics-assisted Near-continuous Evolution (PRANCE) enables rapid, parallelized protein engineering with real-time feedback, addressing the unpredictability of evolutionary processes in R&D. By integrating robotics and feedback control, PRANCE supports scalable, multiplexed evolution experiments, reducing failure modes and enhancing experimental reliability. This capability is strategically positioned to accelerate early discovery and de-risk protein engineering portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables systematic interrogation of protein function and evolutionary pathways under controlled conditions.
- Supports biological de-risking by preventing extinction events during multiplexed evolution.
- Facilitates predictive confidence in engineered protein candidates through real-time feedback control.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, feedback-controlled evolution systems for downstream screening workflows.
- Standardizes assay conditions across hundreds of parallel experiments, improving reproducibility.
- Enables scalable, high-throughput evaluation of protein variants for functional optimization.
Translational & Preclinical Research
- Aligns engineered protein outputs with dynamic, environment-sensitive functions relevant to disease models.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by enabling robust, multiplexed evolution.
- Provides mechanistic insights into phage propagation and evolution circuit efficiency for translational applications.
Pipeline & Workflow Integration
PRANCE is positioned at the intersection of early discovery, lead identification, and preclinical research, enabling continuous evolution and rapid iteration of protein candidates.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by enabling controlled, parallel evolution experiments.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for reliable comparison of protein variants.
- Analytics: Provides real-time monitoring and feedback data to inform experimental adjustments and decision-making.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical stages by generating proteins with dynamic, disease-relevant properties.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, reusable platform for ongoing protein engineering initiatives.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in protein evolution.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable evolution workflows.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio advancement.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of engineered protein candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in robotics, liquid handling, and feedback control systems.
- Demands integration of plate readers, pumps, heaters, and compatible software infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization for multiplexed experiment setup and data analysis.
- Adaptation across different protein targets and evolution circuits may require protocol optimization.
- Practical limitations include initial equipment setup complexity and validation of system readiness.
