Практическое руководство по почти непрерывной эволюции с помощью фагов и робототехники
January 12th, 2024
Почти непрерывная эволюция с помощью фагов и роботов (PRANCE) — это метод быстрой и устойчивой эволюции белков. Робототехника позволяет распараллеливать эксперименты, осуществлять мониторинг в режиме реального времени и управлять обратной связью.
Мы пытаемся сделать таинственный процесс эволюции достаточно предсказуемым, чтобы его можно было использовать в инженерии. PRANCE дает нам возможность перенести эволюцию в лабораторную временную шкалу с распараллеливанием, чтобы лучше понять ее. Автоматизация лабораторий привносит концепции из более общей разработки программного обеспечения, включая искусственный интеллект, в разработку управляющего кода.
Люди также интегрируют манипуляторы и многонаправленные конвейерные системы в платформы для работы с жидкостями. В целом, автоматизация включает в себя более совершенные контрольно-измерительные приборы и рабочие процессы. Управление с обратной связью повышает успешность непрерывной эволюции, предотвращая распространенные виды сбоев, такие как угасание.
Это важно во время мультиплексных эволюций, где молекулы имеют различную начальную активность, а строгость динамической эволюции имеет решающее значение для достижения желаемых результатов. Новые научные вопросы включают в себя изучение того, как различные условия влияют на эволюцию, а также изучение влияния на распространение фагов и эффективность эволюционных контуров. С помощью этих усовершенствованных инструментов белковой инженерии мы стремимся создавать более сложные белки, чувствительные к окружающей среде и динамичные по своим функциям.
Обзор
Phage- and Robotics-assisted Near-continuous Evolution (PRANCE) - это новый метод, разработанный для быстрой и надежной эволюции белков. Используя робототехнику, этот метод позволяет осуществлять параллельное проведение экспериментов, мониторинг в реальном времени и контроль обратной связи, что повышает предсказуемость эволюционных процессов в лабораторной среде.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Инженерия белков
- Эволюционная биология
- Автоматизация лаборатории
Фон
- PRANCE интегрирует концепции из программной инженерии и ИИ в лабораторные рабочие процессы.
- Автоматизация включает в себя передовые инструменты, такие как манипуляторы и конвейерные системы.
- Контроль обратной связи важен для предотвращения вымирания во время мультиплексных эволюций.
- Динамическая строгость эволюции необходима для достижения желаемых результатов.
Цель исследования
- Сделать процесс эволюции предсказуемым для инженерных приложений.
- Исследовать, как различные условия влияют на эволюцию и распространение фагов.
- Создать сложные белки, чувствительные к изменениям окружающей среды.
Используемые методы
- Робототехника для параллельного проведения экспериментов.
- Мониторинг эволюционных процессов в реальном времени.
- Механизмы контроля обратной связи для повышения непрерывной эволюции.
- Интеграция передовых платформ обработки жидкостей.
Основные результаты
- Повышение успеваемости в непрерывной эволюции благодаря контролю обратной связи.
- Понимание влияния различных условий на эффективность эволюции.
- Разработка белков с динамическими функциями и чувствительностью к окружающей среде.
- Улучшенное понимание вызовов мультиплексной эволюции.
Выводы
- PRANCE представляет собой значительный прогресс в техниках инженерии белков.
- Автоматизация и контроль обратной связи являются ключевыми для успешных эволюционных экспериментов.
- Будущие исследования будут сосредоточены на оптимизации условий для эволюции белков.
Часто задаваемые вопросы
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.
