Automação de triagem por microscopia crioeletrônica em várias redes usando o Smart Leginon
1 de dezembro de 2023
A triagem multigrade da microscopia crioeletrônica (cryoEM) é muitas vezes um processo tedioso que demanda horas de atenção. Este protocolo mostra como configurar uma coleção Leginon padrão e Smart Leginon Autoscreen para automatizar esse processo. Este protocolo pode ser aplicado à maioria das grades de folha de holey cryoEM.
No Simons Electron Microscopy Center, nosso objetivo é fornecer excelentes serviços de microscopia eletrônica, experiência e treinamento para pesquisadores locais e nacionais, e desenvolver métodos inovadores para otimizar os fluxos de trabalho. Nosso escopo abrange serviços, desenvolvimento, aprendizado de máquina e pesquisa biomédica. Estamos tentando responder, como podemos otimizar melhor nossos serviços?
O aprendizado de máquina está mudando o campo da microscopia eletrônica. A coleta de dados está se tornando automatizada. As ferramentas de análise de dados estão rapidamente se tornando mais eficientes.
Isso inclui imagens de denoização, coleta de partículas, análise de flexibilidade 3G e construção de modelos. Atualizamos regularmente o software para dar conta de diferentes situações, como diferentes buracos na grade, coleta inclinada ou bugs identificados por meio de software de teste beta em nosso ambiente de produção. Também integramos o feedback de nossos usuários, por isso estamos continuamente fornecendo recursos que são úteis para eles.
O Smart Leginon aborda as tarefas trabalhosas e demoradas de triagem de uma ou mais grades em um crioTEM. Ele permite que operadores e pesquisadores selecionem e analisem grades mais rapidamente, enquanto liberam tempo para otimizar as condições de grade e amostra em paralelo. Isso também reduz o tempo e o custo do microscópio.
A tela automática Smart Leginon oferece triagem multigrid totalmente autônoma, que leva cerca de 10 minutos para configurar a triagem para 12 grades. Em comparação com a triagem manual, nosso protocolo economiza várias horas por dia. Desde a introdução do Smart Leginon, outros softwares livres e comerciais foram desenvolvidos para automação semelhante.
Visão Geral
Este protocolo descreve a automação da triagem de múltiplas redes de microscopia de crio-eletrões (cryoEM) usando o Smart Leginon Autoscreen. Ao simplificar o processo de configuração, os pesquisadores podem reduzir significativamente o tempo gasto na triagem da rede, permitindo uma análise e otimização mais eficientes das condições da amostra.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Microscopia de crio-eletrões
- Automação em microscopia
- Análise de imagem
Fundo
- A triagem de múltiplas redes CryoEM é tradicionalmente trabalhosa.
- A automação pode aumentar a eficiência e reduzir custos.
- O Smart Leginon Autoscreen facilita a triagem sem supervisão.
- A aprendizagem de máquina está melhorando a coleta de dados e a análise em microscopia de elétrons.
Propósito do Estudo
- Automatizar o processo de triagem de múltiplas redes CryoEM.
- Reduzir o tempo e o trabalho envolvidos na análise da rede.
- Otimizar fluxos de trabalho para pesquisadores em microscopia de elétrons.
Métodos Utilizados
- Configuração da interface Leginon para triagem automatizada.
- Configuração de várias configurações de direcionamento e exposição.
- Utilização da aplicação Ptolemy para processamento de imagem.
- Integração de feedback do usuário para melhoria contínua.
Principais Resultados
- O Smart Leginon Autoscreen reduz o tempo de triagem em várias horas diariamente.
- Os operadores podem analisar múltiplas redes eficientemente.
- A automação permite a otimização paralela das condições da rede e da amostra.
- Atualizações contínuas de software aprimoram a funcionalidade com base nas necessidades do usuário.
Conclusões
- A automação em CryoEM melhora significativamente a eficiência do fluxo de trabalho.
- O Smart Leginon Autoscreen é uma ferramenta valiosa para pesquisadores.
- Desenvolvimentos futuros provavelmente continuarão a aprimorar a automação e a análise de dados.
Perguntas Frequentes
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.
