Высокопроизводительные оптогенетические эксперименты на дрожжах с использованием автоматизированной платформы Lustro
4 августа 2023 г.
В этом протоколе описаны шаги по использованию автоматизированной платформы Lustro для выполнения высокопроизводительной характеристики оптогенетических систем в дрожжах.
В настоящее время доступны различные устройства, такие как биореакторы и микролуночные пластинчатые осветители. Биореакторы обеспечивают высокое временное разрешение, но имеют ограниченную пропускную способность. Планшеты с микролунками обеспечивают более высокую пропускную способность, но им не хватает автоматизации для надежной записи выходных данных с течением времени.
Lustro предлагает надежную и высокопроизводительную характеристику оптогенетических систем в режиме реального времени. Он также может взаимодействовать с анализами, которые могут выполняться роботами, работающими с жидким газом. Оптогенетические системы являются привлекательным инструментом из-за тонкого пространственного и временного контроля, который они обеспечивают над клеточным поведением.
Способность проектировать, строить и тестировать оптогенетические системы быстрее проложит путь к лучшему пониманию и контролю биологического поведения.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном протоколе описываются этапы использования автоматизированной платформы Lustro для высокопроизводительной характеризации оптогенетических систем в дрожжах. Lustro обеспечивает надежную и эффективную характеризацию в режиме реального времени, взаимодействуя с роботами для работы с жидкостями для повышения уровня автоматизации.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Оптогенетика
- Высокопроизводительный скрининг
- Дрожжевые модельные системы
Теоретические основы
- Оптогенетические системы позволяют осуществлять точный контроль над поведением клеток.
- Современные устройства включают биореакторы и системы освещения для планшетов с микролунками.
- Биореакторы обеспечивают высокое временное разрешение, но обладают ограниченной пропускной способностью.
- Устройства для планшетов с микролунками обладают более высокой пропускной способностью, но в них отсутствует автоматизация.
Цель исследования
- Использовать Lustro для высокопроизводительной характеристики оптогенетических систем.
- Улучшить автоматизацию регистрации выходных данных с течением времени.
- Повысить эффективность анализов, проводимых с помощью роботов для работы с жидкостями.
Используемые методы
- Использование платформы Lustro для характеризации.
- Интеграция с роботами для работы с жидкостями для автоматизации анализа.
- Мониторинг оптогенетических систем в режиме реального времени.
- Сравнение с традиционными методами с использованием биореакторов и микролуночных планшетов.
Основные результаты
- Lustro обеспечивает надежную характеристику оптогенетических систем.
- Высокая пропускная способность превосходит традиционные методы.
- Запись данных в режиме реального времени повышает точность экспериментов.
- Автоматизация снижает необходимость ручного вмешательства и вероятность ошибок.
Выводы
- Lustro является эффективным инструментом для высокопроизводительных оптогенетических исследований.
- Автоматизация значительно оптимизирует рабочие процессы в экспериментах.
- В будущем область применения системы может быть расширена на другие биологические системы.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Высокопроизводительная оптогенетика в дрожжах, реализованная с помощью платформы Lustro, устраняет «узкое место» итерационных циклов «проектирование — сборка — тестирование» в синтетической биологии и инженерии генных цепей. Благодаря автоматизации световой стимуляции и количественного считывания данных, Lustro повышает точность прогнозов и ускоряет достижение ключевых точек раннего открытия для программируемых клеточных систем. Эта возможность обеспечивает оценку портфеля оптогенетических конструкций, сокращая время цикла и ресурсозатратность в цепочках исследований и разработок (R&D).
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Обеспечивает возможность быстрого анализа работы генных цепей в контролируемых условиях освещения.
- Помогает снизить биологические риски за счет количественной оценки динамики оптогенетического ответа для нескольких конструктов.
- Способствует функциональной валидации мишеней посредством точной программируемой стимуляции и измерения.
- Повышает прогностическую уверенность при разработке объектов синтетической биологии.
Скрининг и разработка анализа
- Автоматизирует подготовку и стимуляцию штаммов дрожжей для проведения стандартизированных и воспроизводимых анализов.
- Обеспечивает высокопроизводительные количественные измерения флуоресценции и роста для надежного скрининга.
- Позволяет проводить масштабируемую оценку параметров оптогенетических систем, таких как рабочий цикл и интенсивность.
- Обеспечивает надежную оценку соединений или конструктов в мультиплексных форматах.
Трансляционные и доклинические исследования
- При необходимости позволяет согласовать эффективность оптогенетической системы с клеточным поведением, имеющим значение для заболевания.
- Обеспечивает преемственность от этапа открытия до доклинической валидации для программируемых систем экспрессии генов.
- Снижает механистическую неопределенность, связывая световой стимул с количественными фенотипическими результатами.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Lustro интегрируется в непрерывный процесс от этапа поиска до идентификации соединений-лидеров, автоматизируя характеристику оптогенетических систем и обеспечивая выбор конструктов на основе данных для дальнейшей разработки.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез и уточнение сигнальных путей с помощью программируемой световой стимуляции и измерений в режиме реального времени.
- Скрининг: предоставляет готовые к анализу, воспроизводимые и количественные данные для отбора конструктов.
- Аналитика: предоставляет данные о флуоресценции и росте с временным разрешением для сравнения оптогенетических ответов при различных условиях.
- Трансляционные исследования: обеспечивает преемственность для программируемых систем, переходящих к доклиническим моделям.
- Корпоративное повторное использование: создает многоразовую платформу автоматизации для итерационных рабочих процессов в синтетической биологии.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования и снижает неопределенность механизмов при разработке оптогенетических систем.
- Операционная ценность: стандартизирует и масштабирует оптогенетические анализы, сводя к минимуму ручное вмешательство и ошибки.
- Стратегическая ценность: ускоряет принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и оптимизирует распределение ресурсов в портфелях синтетической биологии.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритезацию активов программируемых клеточных систем с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы в области оптогенетики, программирования автоматизации и разработки количественных методов анализа.
- Зависит от интегрированного оборудования: устройства освещения, планшетного ридера, шейкера и роботизированного манипулятора.
- Требуется стандартизация протоколов и форматов данных между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости.
- Адаптация к другим модельным системам может потребовать модификации оборудования и протоколов.
- Пропускная способность и сложность анализа ограничены конфигурацией платформы и форматом планшета.
