Method Article

Otomatik platform Lustro kullanılarak mayada yüksek verimli optogenetik deneyler

DOI:

10.3791/65686

⸱

August 4th, 2023

 , 
1Department of Biomedical Engineering, University of Wisconsin-Madison, 2University of Wisconsin Carbone Cancer Center, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, mayadaki optogenetik sistemlerin yüksek verimli karakterizasyonunu gerçekleştirmek için otomatik platform Lustró'yu kullanma adımlarını özetlemektedir.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Optogenetik, genetik olarak kodlanmış ışığa duyarlı proteinleri kullanarak hücresel davranış üzerinde hassas kontrol sağlar. Bununla birlikte, istenen işlevselliği elde etmek için bu sistemleri optimize etmek, genellikle zaman alıcı ve emek yoğun olabilen birden fazla tasarım-yapı-test döngüsü gerektirir. Bu zorluğun üstesinden gelmek için, ışık stimülasyonunu laboratuvar otomasyonu ile birleştiren, optogenetik sistemlerin verimli yüksek verimli taramasını ve karakterizasyonunu sağlayan bir platform olan Lustro'yu geliştirdik.

Lustró, bir aydınlatma cihazı, bir sallama cihazı ve bir plaka okuyucu ile donatılmış bir otomasyon iş istasyonu kullanır. Lustró, robotik bir kol kullanarak, bu cihazlar arasında bir mikrokuyu plakasının hareketini otomatikleştirerek optogenetik suşların uyarılmasına ve tepkilerinin ölçülmesine olanak tanır. Bu protokol, tomurcuklanan maya Saccharomyces cerevisiae'de gen ekspresyon kontrolü için optogenetik sistemleri karakterize etmek için Lustro kullanımı hakkında adım adım bir kılavuz sağlar. Protokol, aydınlatma cihazının otomasyon iş istasyonuyla entegrasyonu da dahil olmak üzere Lustro bileşenlerinin kurulumunu kapsar. Ayrıca aydınlatma cihazını, plaka okuyucuyu ve robotu programlamak için ayrıntılı talimatlar sağlayarak deney süreci boyunca sorunsuz çalışma ve veri toplama sağlar.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Optogenetik, hücrelerin davranışını yüksek hassasiyetlekontrol etmek için ışığa duyarlı proteinleri kullanan güçlü bir tekniktir 1,2,3. Bununla birlikte, optogenetik yapıların prototiplenmesi ve optimum aydınlatma koşullarının belirlenmesi zaman alıcı olabilirve bu da optogenetik sistemleri optimize etmeyi zorlaştırır 4,5. Optogenetik sistemlerin aktivitesini hızlı bir şekilde taramak ve karakterize etmek için yüksek verimli yöntemler, yapıların prototiplenmesi ve işlevlerinin keşfedilmesi için tasarım-yapı-test döngüsünü hızlandırabilir.

Lustro platformu, optogenetik sistemlerin yüksek verimli taraması ve karakterizasyonu için tasarlanmış bir laboratuvar otomasyon tekniği olarak geliştirilmiştir. Bir mikroplaka okuyucu, aydınlatma cihazı ve çalkalama cihazını bir otomasyon iş istasyonu6 ile entegre eder. Lutro, mikrokuyu plakalarında (Şekil 1 ve Ek Şekil 1) hücrelerin otomatik kültürlenmesini ve ışık stimülasyonunu birleştirerek, farklı optogenetik sistemlerin hızlı bir şekilde taranmasını ve karşılaştırılmasını sağlar. Lustro platformu son derece uyarlanabilir ve farklı dalga boylarındaki ışığa yanıt verenler de dahil olmak üzere diğer laboratuvar otomasyon robotları, aydınlatma cihazları, plaka okuyucular, hücre tipleri ve optogenetik sistemlerle çalışmak üzere genelleştirilebilir.

Bu protokol, bir optogenetik sistemi karakterize etmek için Lustró'nun kurulumunu ve kullanımını gösterir. Mayadaki bölünmüş transkripsiyon faktörlerinin optogenetik kontrolü, ışık girdileri ile bir floresan raportör genin ekspresyonu olan mScarlet-I7 arasındaki ilişkiyi araştırarak platformun işlevini ve faydasını göstermek için örnek bir sistem olarak kullanılır. Araştırmacılar bu protokolü izleyerek optogenetik sistemlerin optimizasyonunu kolaylaştırabilir ve biyolojik sistemlerin dinamik kontrolü için yeni stratejilerin keşfini hızlandırabilir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmada kullanılan maya suşları Malzeme Tablosunda belgelenmiştir. Bu suşlar, 22 °C ila 30 °C sıcaklık aralığında sağlam bir büyüme sergiler ve çeşitli standart maya ortamlarında yetiştirilebilir.

1. Otomasyon iş istasyonunun kurulması

  1. Otomatik iş istasyonunu, mikro kuyu plakalarını hareket ettirebilen bir Robotik Tutucu Kol (RGA, Malzeme Tablosuna bakın) ile donatın (Şekil 1).
  2. RGA erişimi sağlayan otomatik bir plaka kilitleme mekanizmasına sahip otomatik iş istasyonuna (Şekil 1(1)) bir mikroplaka ısıtıcı çalkalayıcı (Malzeme Tablosuna bakın) takın.
  3. RGA erişilebilirliğini sağlamak için otomatik iş istasyonunun yanına bir mikroplaka okuyucu yerleştirin (Şekil 1(2)).
  4. Uygun RGA erişimi sağlayan bir mikroplaka aydınlatma cihazı (Şekil 1(3)) ekleyin. Örnekler arasında optoPlate8 (bu çalışmada kullanıldığı gibi) veya LITOS9 (bkz.

2. Aydınlatma cihazının hazırlanması

  1. Yerleşik yöntemleri izleyerek optoPlate'i (veya alternatif aydınlatma cihazını)oluşturun ve kalibre edin 8,10,11.
  2. RGA erişimini etkinleştirmek için aydınlatma cihazında bir adaptör kullanın.
  3. optoPlate'i bir elektronik tablo girişi10 veya bir grafik arayüz12 kullanarak programlayın. Işık stimülasyon programlarını yürütmek için 3. adımı izleyin.

3. Bir ışık stimülasyon programı tasarlama

  1. Deney için istenen ışık koşullarını belirleyin.
  2. Işık yoğunluğu, ışık başlangıç zamanı, darbe uzunluğu, darbe sayısı ve darbeler arası süre dahil olmak üzere istenen ışık koşullarını bir elektronik tabloya girin.
    NOT: GitHub deposunda sağlanan talimatları kullanarak bu bilgileri optoPlate'e aktarın: github.com/mccleanlab/Optoplate-96. Unutmayın.ampmikroplaka okuyucuda veya ısıtıcı çalkalayıcıdayken plaka aydınlatılmayacaktır. Bu olayların süresi ve sıklığı, belirli deneysel gereksinimlere göre optimizasyon gerektirebilir.
  3. Uygun arka plan ölçümlerini sağlamak için her suş için karanlık koşulları dahil edin.
  4. Dönüştürücü işlevselliğini değerlendirmek için ilk karakterizasyon deneyleri için yüksek bir ışık yoğunluğu kullanın.
    NOT: Aşırı ışık maya13 için fototoksik olabileceğinden, ışık yoğunluğu daha hassas deneyler için optimize edilmelidir.

4. Mikroplaka okuyucunun hazırlanması

  1. Mikroplaka okuyucuyu, deney yapmadan önce istenen ilgi miktarını ölçecek şekilde yapılandırın.
    NOT: Bu örnekte, mikroplaka okuyucu, ilgilenilen suş tarafından ifade edilen bir raportörden gelen floresansı ölçmek üzere yapılandırılmıştır. Lüminesans veya optik yoğunluk gibi diğer çıkışlar, deneysel gereksinimlere bağlı olarak kullanılabilir.
  2. İlgilenilen suşu (floresan olmayan bir kontrolle birlikte) sentetik tam (SC) ortamda( veya başka bir düşük floresan ortamda) (bkz. Malzeme Tablosu) ölçülecek en yüksek hücre yoğunluğuna kadar geliştirin. Kültürleri cam tabanlı siyah duvarlı bir mikrokuyu plakasına aktarın (Malzeme Tablosuna bakın) ve en uygun mikroplaka okuyucu ayarlarını belirlemek için bunları ölçün.
    NOT: Plaka boyutlarını doğru girerek ve plakayı aşağıdan ölçerek doğru okumalar sağlayın.
  3. Hedef floresan protein15 için yaklaşık absorpsiyon ve emisyon spektrumları elde etmek için bir floresan protein veritabanına (örneğin, fpbase.org) bakın.
  4. Floresan ve floresan olmayan suşları içeren kuyucuklarda bir z-taraması gerçekleştirerek z-değerini (plaka ile okuyucu arasındaki mesafe) belirleyin. En yüksek sinyal-gürültü oranını veren z değerini seçin.
  5. Optimum sinyal-gürültü oranını belirlemek için floresan ve floresan olmayan suşlar üzerinde absorpsiyon ve emisyon taramaları yaparak absorpsiyon ve emisyon spektrumlarını optimize edin.
  6. Floresan gerilimini, kazanç optimum seviyeye ayarlanmışken ölçün ve taşma ölçüm hatasına neden olmadan kullanılabilecek en yüksek optik kazancı belirleyin.
    NOT: Bu optik kazanç, sonuçların tutarlılığını sağlamak için aynı suşu içeren deneylerde tutarlı bir şekilde manuel olarak ayarlanmalıdır.
  7. Mikroplaka okuyucu yazılımında bir ölçüm komut dosyası hazırlayın (bkz. Şekil 2). Bu komut dosyası, cihazı kültürlerin optik yoğunluğunu ve ölçülecek herhangi bir floresan proteinin floresan spektrumlarını ölçecek şekilde yapılandırır.
    NOT: Kırmızı floresan proteinleri ifade etmedikçe, suşların optik yoğunluğunu 600 nm'de ölçün. Kırmızı floresan proteinleri eksprese eden suşlar için, önyargı16'yı önlemek için optik yoğunluğu 700 nm'de ölçün.
  8. Ölçümler sırasında 30 °C'lik bir iç inkübasyon sıcaklığını korumak için ölçüm komut dosyasını ayarlayın.
  9. Tercihe göre verileri bir elektronik tabloya veya ASCII dosyalarına dışa aktarmak için ölçüm kodunu yapılandırın.

5. Robotun programlanması

  1. Otomatik iş istasyonu yazılımındaki çalışma masası tanımını, taşıyıcıların (örneğin, ısıtıcı çalkalayıcılar, yuva platformları, aydınlatma cihazları) ve laboratuvar gereçlerinin (örneğin, 96 kuyulu plaka) fiziksel düzenine göre yapılandırın (bkz. Aşağıdaki adımları izleyerek ışık indüksiyonu ve ölçümleri yürütmek için otomasyon iş istasyonu yazılımında bir komut dosyası oluşturun (Şekil 3).
  2. Optogenetik sistemlerin arka planda aktivasyonunu önlemek için dahili aydınlatma kaynaklarını devre dışı bırakın.
  3. Isıtıcı çalkalayıcıyı 30 °C'lik bir sıcaklığı koruyacak şekilde ayarlayın. Plaka, ısıtıcı çalkalayıcı üzerinde olmadığında, ortam sıcaklığında (22 °C) olacaktır.
  4. Hücreleri düzenli aralıklarla indükleme ve ölçme adımlarını tekrarlamak için döngüler, bir zamanlayıcı ve bir döngü sayma değişkeni kullanın.
  5. Ölçümleri kaydetmeden önce, tüm hücrelerin uygun şekilde askıya alınmasını sağlamak için numune plakasını sallayın. 2 mm'lik bir orbital ile 1.000 rpm'de 60 s'lik bir sarsıntı, S288C S. cerevisiae hücrelerini yeniden süspanse etmek ve ölçüm yanlılığını önlemek için genellikle yeterlidir.
  6. Optik yoğunluk ölçümünde sapmayı önlemek için robot kolunu kullanarak numune plakasını mikroplaka okuyucuya taşıyın ve kapağı (varsa) çıkarın. Mikroplaka okuyucu taşıyıcı tanımı kapaklara izin vermeyecek şekilde ayarlanmışsa, kontrol yazılımı kapağı otomatik olarak çıkaracak ve belirlenen konuma getirecektir.
  7. Mikroplaka okuyucu ölçüm komut dosyasını 4. adımda açıklandığı gibi yürütün.
  8. Numune plakasındaki kapağı değiştirin ve robot kolunu kullanarak plakayı aydınlatma cihazına taşıyın.
  9. Komut dosyasını, zamanlayıcı belirtilen zaman aralığına ulaşana kadar bekleyecek şekilde ayarlayın (örneğin, 30 dakika döngü sayma değişkeniyle çarpılır) ve ardından istenen sayıda yineleme için tüm döngüyü tekrarlayın (örneğin, 24 saatlik bir deneme için 48 kez).
  10. Olası hataları giderin ve taşıyıcı ve laboratuvar yazılımı tanımlarının düzgün çalışmasını sağlayın ve ayrıca RGA'nın boş bir plakayı komut dosyası döngüsünden birden çok kez geçirerek plakayı doğru bir şekilde alıp yerleştirme yeteneğini sağlayın.
  11. Protokolün yürütülmesi sırasında meydana gelebilecek herhangi bir cihaz durumu değişikliğini veya hatasını kullanıcıya bildirmek için kullanıcı uyarılarını yapılandırın.

6. Numune plakasının ayarlanması

  1. Maya suşlarını YPD agar17 gibi zengin ortam plakalarında büyütün (bkz. Floresan olmayan (negatif) bir kontrol ekleyin.
  2. Plakalardan kolonileri seçin ve bunları cam kültür tüplerinde 3 mL SC ortamı14'e (veya LFM18 gibi başka bir düşük floresan ortamına) aşılayın. Kültürleri gece boyunca 30 °C'de bir silindir tambur üzerinde inkübe ederken, karanlıkta veya yanıt vermeyen ışık koşullarında (örneğin, mavi ışığa duyarlı sistemler için kırmızı ışık) tutun.
  3. Her kültürün 200 μL'sini 1 mL SC ortamına seyrelterek ve bir spektrofotometre veya mikroplaka okuyucu kullanarak optik yoğunluğu 600 nm'de (OD600) kaydederek gece kültürlerinin optik yoğunluğunu ölçün.
  4. Her gece kültürünü, cam kültür tüplerinde 0.1'lik bir OD600'e seyreltin. Daha yüksek verimli gerinim testi için, mikro kuyu plakalarında otomatik seyreltmeler gerçekleştirin.
  5. Seyreltilmiş kültürleri 96 oyuklu plakaya pipetleyin. Teknik varyasyonu hesaba katmak için her koşul için üçlü kuyucukları (yani, aynı gerinim ve ışık koşuluna sahip üç özdeş kuyu) dahil edin. Arka plan floresansını ve optik yoğunluğu ölçmek için negatif kontroller olarak boş ortam ve floresan olmayan hücreler içeren kuyuları dahil edin.
  6. Işık indüksiyonu deneyine başlamadan önce plakayı 30 °C'de 5 saat çalkalayarak inkübe edin. Belirli suşlar ve deneysel koşullar için optimize etmek için seyreltme miktarlarını ve inkübasyon sürelerini gerektiği gibi ayarlayın.

7. Deneyin gerçekleştirilmesi

  1. S'yi yerleştirinampısıtıcı çalkalayıcıya plaka ve 5. adımda belirtildiği gibi otomasyon komut dosyasını başlatın.
  2. Plaka okuyucudaki ilk ölçüm kaydedildikten sonra 3. adımda açıklandığı gibi ışık stimülasyon programını başlatın.
  3. Otomasyon iş istasyonu karanlık bir odada değilse, arka plan aydınlatmasını önlemek için bir karartma perdesi ile örtün.

8. Veri analizi

  1. Deney için 96 kuyulu plakanın 8 x 12 düzenini yansıtan bir elektronik tablo haritası oluşturun. Haritanın, bir ızgarada ölçülen gerinimlerin adlarını ve başka bir ızgarada kullanılan ışık koşullarının açıklamalarını içerdiğinden emin olun.
  2. Dışa aktarılan verileri analiz etmek için bir Python betiği veya tercih edilen başka bir programlama dili kullanın. Harita elektronik tablosunu, gerinim adlarını ve koşul adlarını plakanın her bir kuyucuğuyla ilişkilendirerek bir diziye aktarın.
    NOT: Analiz için örnek kod şu adreste bulunabilir: https://github.com/mccleanlab/Lustro. Alternatif olarak, çeşitli plaka okuyuculardan gelen verileri ayrıştırmak için bir uygulama kullanılabilir19.
  3. Dışa aktarılan deneme elektronik tablosundaki verileri başka bir diziye okuyun.
  4. Şekil 4'te gösterildiği gibi, zaman içinde her bir gerinim ve koşul için optik yoğunluk değerlerinin ve floresan değerlerinin grafiklerini oluşturun.
  5. Kültürlerde üstel büyüme veya doygunluk aşamalarını belirlemek için optik yoğunluk grafiklerini inceleyin. Bu bilgi, Şekil 5'te gösterildiği gibi, suşlar veya koşullar arasındaki floresan ölçümlerini karşılaştırmak için uygun zaman noktalarının seçilmesine yardımcı olacaktır.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şekil 4A , ışıkla indüklenebilir bir bölünmüş transkripsiyon faktörü tarafından kontrol edilen bir floresan raportörü eksprese eden bir optogenetik suş için zaman içindeki floresan değerlerini göstermektedir. Deneyde kullanılan farklı ışık koşulları, ışığın açık olduğu sürenin yüzdesini temsil eden görev döngüsündeki değişikliklerle yansıtılır. Genel floresan seviyesinin, ışık stimülasyonunun görev döngüsü ile orantılı olduğu gözlemlenir. Şekil 4B , aynı deney i...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada sunulan Lustro protokolü, kültürleme, aydınlatma ve ölçüm süreçlerini otomatikleştirerek optogenetik sistemlerin yüksek verimli taranmasını ve karakterizasyonunu sağlar6. Bu, bir aydınlatma cihazı, mikroplaka okuyucu ve çalkalama cihazının bir otomasyon iş istasyonuna entegre edilmesiyle elde edilir. Bu protokol, özellikle Lustro'nun maya S. cerevisiae'ye entegre edilmiş farklı optogenetik yapıları taramak ve ışık indüksiyon programlarını karşılaştırmak için kullanışlılığını göster...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüleri hibe R35GM128873 ve Ulusal Bilim Vakfı hibe 2045493 (M.N.M.'ye verildi) tarafından desteklenmiştir. Megan Nicole McClean, Ph.D. Burroughs Wellcome Fund'dan Scientific Interface'de Kariyer Ödülü'ne sahiptir. Z.P.H., Genomik Bilimler Eğitim Programı 5T32HG002760'a NHGRI eğitim bursu ile desteklenmiştir. McClean laboratuvar üyeleriyle yapılan verimli tartışmaları kabul ediyoruz ve özellikle makale hakkında yorum yaptığı için Kieran Sweeney'e minnettarız.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
#1.5 kapak camıCellvisP96-1.5H-N
BioShake 3000-T karaağaç (ısıtıcı çalkalayıcı)plakaQINSTRUMENTS
Fluent Automation WorkstationTecan
LITOS (alternatif aydınlatma cihazı)Hohener, et al. Bilimsel Raporlar. 2022
optoPlate-96 (aydınlatma cihazı)Bugaj, et al. Doğa Protokolleri. 2019
Robotik Tutucu KolTecan
Spark (plaka okuyucu)Tecan
Sentetik Komple medyaSigmaAldrichY1250
Tecan Connect (kullanıcı uyarı uygulaması)Tecan
yMM1734 (BY4741 Mat ve alfa; ura3 ve Delta; 0::5' Ura3 homolojisi, pRPL18B-Gal4DBD-eMagA-tENO1, pRPL18B-eMagB-Gal4AD-tENO1, pGAL1-mScarlet-I-tENO1, Ura3, Ura 3' homolojisi  his3D1 leu2D0 lys2D0 gal80::KANMX gal4::spHIS5)Harmer, et al. ACS Syn Bio. 2023
yMM1763 (BY4741 Matα ura3Δ 0::5' Ura3 homolojisi, pRPL18B-Gal4DBD-CRY2(535)-tENO1, pRPL18B-Gal4AD-CIB1-tENO1, pGAL1-mScarlet-I-tENO1, Ura3, Ura 3' homolojisi  his3D1 leu2D0 lys2D0 gal80::KANMX gal4::spHIS5)Harmer, et al. ACS Syn Bio. 2023
yMM1765 (BY4741 Matα ura3Δ 0::5' Ura3 homolojisi, pRPL18B-Gal4DBD-eMagA-tENO1, pRPL18B-eMagBM-Gal4AD-tENO1, pGAL1-mScarlet-I-tENO1, Ura3, Ura 3' homoloji  his3D1 leu2D0 lys2D0 gal80::KANMX gal4::spHIS5)Harmer, et al. ACS Syn Bio. 2023
YPD AgarSigmaAldrichY1500
ile 96 oyuklu cam alt

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pérez, A. L. A., et al. Optogenetic strategies for the control of gene expression in yeasts. Biotechnology Advances. 54, 107839(2022).
  2. Lan, T. -H., He, L., Huang, Y., Zhou, Y. Optogenetics for transcriptional programming and genetic engineering. Trends in Genetics. 38 (12), 1253-1270 (2022).
  3. Olson, E. J., Tabor, J. J. Optogenetic characterization methods overcome key challenges in synthetic and systems biology. Nature Chemical Biology. 10, 502-511 (2014).
  4. Hallett, R. A., Zimmerman, S. P., Yumerefendi, H., Bear, J. E., Kuhlman, B. Correlating in vitro and in vivo Activities of Light Inducible Dimers: a Cellular Optogenetics Guide. ACS Synthetic Biology. 5 (1), 53-64 (2016).
  5. Scott, T. D., Sweeney, K., McClean, M. N. Biological signal generators: integrating synthetic biology tools and in silico control. Current Opinion in Systems Biology. 14, 58-65 (2019).
  6. Harmer, Z. P., McClean, M. N. Lustro: High-throughput optogenetic experiments enabled by automation and a yeast optogenetic toolkit. ACS Synthetic Biology. 12 (7), 1943-1951 (2023).
  7. Bindels, D. S., et al. mScarlet: a bright monomeric red fluorescent protein for cellular imaging. Nature Methods. 14 (1), 53-56 (2017).
  8. Bugaj, L. J., Lim, W. A. High-throughput multicolor optogenetics in microwell plates. Nature Protocols. 14 (7), 2205-2228 (2019).
  9. Höhener, T. C., Landolt, A. E., Dessauges, C., Hinderling, L., Gagliardi, P. A., Pertz, O. LITOS: a versatile LED illumination tool for optogenetic stimulation. Scientific Reports. 12 (1), 13139(2022).
  10. Grødem, E. O., Sweeney, K., McClean, M. N. Automated calibration of optoPlate LEDs to reduce light dose variation in optogenetic experiments. BioTechniques. 69 (4), 313-316 (2020).
  11. Dunlop, M. J. A supplemental guide to building the optoPlate-96. , https://www.protocols.io/view/a-supplemental-guide-to-building-the-optoplate-96-b2vwqe7e (2021).
  12. Thomas, O. S., Hörner, M., Weber, W. A graphical user interface to design high-throughput optogenetic experiments with the optoPlate-96. Nature Protocols. 15 (9), 2785-2787 (2020).
  13. Robertson, J. B., Davis, C. R., Johnson, C. H. Visible light alters yeast metabolic rhythms by inhibiting respiration. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (52), 21130-21135 (2013).
  14. Synthetic Complete (SC) Medium. 2016 (11), Cold Spring Harbor Protocols. (2016).
  15. Lambert, T. J. FPbase: a community-editable fluorescent protein database. Nature Methods. 16 (4), 277-278 (2019).
  16. Hecht, A., Endy, D., Salit, M., Munson, M. S. When wavelengths collide: bias in cell abundance measurements due to expressed fluorescent proteins. ACS Synthetic Biology. 5 (9), 1024-1027 (2016).
  17. YPD media. 2010 (9), Cold Spring Harbor Protocols. (2010).
  18. Low-Fluorescence Yeast Nitrogen Base without Riboflavin and Folic Acid Medium (LFM). 2016 (11), Cold Spring Harbor. (2016).
  19. Csibra, E., Stan, G. -B. Parsley: a web app for parsing data from plate readers. Zenodo. , (2023).
  20. Gerhardt, K. P., et al. An open-hardware platform for optogenetics and photobiology. Scientific Reports. 6 (1), 35363(2016).
  21. Gutiérrez Mena, J., Kumar, S., Khammash, M. Dynamic cybergenetic control of bacterial co-culture composition via optogenetic feedback. Nature Communications. 13, 4808(2022).
  22. Milias-Argeitis, A., et al. In silico feedback for in vivo regulation of a gene expression circuit. Nature Biotechnology. 29 (12), 1114-1116 (2011).
  23. Milias-Argeitis, A., Rullan, M., Aoki, S. K., Buchmann, P., Khammash, M. Automated optogenetic feedback control for precise and robust regulation of gene expression and cell growth. Nature Communications. 7, 12546(2016).
  24. Bertaux, F., et al. Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight. Nature Communications. 13 (1), 3363(2022).
  25. Benisch, M., Benzinger, D., Kumar, S., Hu, H., Khammash, M. Optogenetic closed-loop feedback control of the unfolded protein response optimizes protein production. Metabolic Engineering. 77, 32-40 (2023).
  26. Melendez, J., Patel, M., Oakes, B. L., Xu, P., Morton, P., McClean, M. N. Real-time optogenetic control of intracellular protein concentration in microbial cell cultures. Integrative Biology. 6 (3), 366-372 (2014).
  27. Datta, S., et al. High-throughput feedback-enabled optogenetic stimulation and spectroscopy in microwell plates. bioRxiv. , (2022).
  28. Pouzet, S., et al. Optogenetic control of beta-carotene bioproduction in yeast across multiple lab-scales. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 11, 1085268(2023).
  29. Pouzet, S., Banderas, A., Le Bec, M., Lautier, T., Truan, G., Hersen, P. The promise of optogenetics for bioproduction: dynamic control strategies and scale-up instruments. Bioengineering. 7 (4), 151(2020).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Optogenetic SystemsHigh Throughput ScreeningLaboratory AutomationLight StimulationYeast OptogeneticsSaccharomyces CerevisiaePlate ReaderRobotic AutomationGene Expression ControlFluorescence Measurement

Related Articles