EVOLVER kullanarak otomatik, yüksek verimlilik, sürekli hücre büyüme denemeleri tasarlama
19 Mayıs 2019
EVOLVER çerçevesi yüksek çözünürlüklü ve deneysel parametreler üzerinde dinamik kontrol ile yüksek verimlilik sürekli mikrobiyal kültür sağlar. Bu protokol, kullanıcıların birçok bireysel kültürde otomatik kontrolü programlama, ölçme, toplama ve deneysel verilerle gerçek zamanlı etkileşime girme konusunda rehberlik ederek karmaşık bir fitness deneyi yapmak için sistemin nasıl uygulanacağını gösterir.
eVOLVER araştırmacılara deneysel özgürlük, birden fazla parametre üzerinde otomatik geribildirim ile kendi kültür büyüme deneylerini tanımlama ve ihtiyaç duydukları boyuta ölçeklendirme olanağı sağlar. eVOLVER diğer cihazlara göre daha esnektir. Kullanıcılar, her kültür için sensörleri tutan akıllı kılıfları değiştirerek Python'daki yazılımları ve donanımı kolayca özelleştirebilir.
Sistem ilk bakışta birden çok bileşen ve bağlantıyla karmaşık görünebilir. Görsel bir kılavuz, ilk kez kullanıcıların kendi denemelerini çalıştırmakonusunda daha fazla güven sağlar. Uygun kurulum çok önemlidir.
Her bileşenin ne yaptığını anladığınızdan emin olun. Böylece çalıştıklarını doğrulayabilirsiniz. Her şeyin doğru yönlendirildiğından ve sıkıca bağlandığından emin olun.
Bakteri ve mayanın farklı koşullarda aerobik culturing için tasarlanmış iken, eVOLVER de anaerobik fermantasyon için değiştirilmiş olabilir veya süspansiyon memeli hücreleri korumak için. Bu video, eVOLVER platformlarını kullanarak yüksek iş hacmi sürekli kültür deneyinin nasıl kurulacağını, baş harfe çevrileceğini ve çalıştırılabildiğini gösterecektir. Deneyden bir gün önce, el yazmasına göre medya, şişe ve inoculum hazırlayın.
Üç büyük gaga,% 10 çamaşır suyu ve% 70 etanol bir beaker iki gagahazırlayın. EVOLVER cihazındaki anahtarları kullanarak, eVOLVER üzerindeki beş voltluk güç kaynağını açın, beş saniye bekleyin, sonra 12 voltluk güç kaynağını açın. Aynı ortam şişesinden birden fazla şişe çalıştırıyorsanız, birden çok ortam giriş hattını boru bölücüleriyle bağlayın.
Özel boru ayırıcılar alt bileşenlerle inşa edilebilir. İlk çamaşır suyu kabındaki medya giriş çizgilerini ve ikinci çamaşır suyu kabındaki media eflux çizgilerini batırın. Medya giriş hatlarının alt uçlarını eflux hatlarıyla ikinci kabına bağlayın.
Atık hatlarını atık bakıcısına yerleştirin. Deney sırasında üretilen atıksterilize etmek için atık carboy içine çamaşır suyu bir ila iki litre ekleyin. eVOLVER'deki dokunmatik ekranı kullanarak, kurulum bölümüne gidin ve sıvı hatlarını %10 çamaşır suyu yla doldurmak için tüm pompaları 20 saniye çalıştırın.
Çamaşır suyunun sterilize etmek için en az 30 dakika kuyrukta oturmasını bekleyin. Hatlar artık su altında kalana kadar dokunmatik ekranı kullanarak pompaları tekrar çalıştırın, mümkün olduğunca fazla çamaşır suyu almak için çizgiler üzerinden hava iterek. Ortam giriş satırlarını etanol kabına yerleştirin, hatları etanolle doldurun, havayla yıkayın.
Daha sonra, ortam giriş çizgilerini alt konektörlerle ortam şişelerine takın ve ortam artık etanol leri dışarı atayana kadar pompaları çalıştırın. Kısmen eVOLVER akıllı kollu içine sterilize şişeler eklemek ve renk kodlama göre uzun eflux strawq için kısa akını saman ve atık hatları giriş hatları kanca. EVOLVER dokunmatik ekranında tüm pompaları 10 saniyelik artışlarla çalıştırarak şişeleri ortamla doldurun.
Görsel muayene ile eflux pompaların taşmaları önlemek için eflux pipetler aracılığıyla medyayı verimli bir şekilde ortadan kaldırdığından emin olun. Daha sonra, tamamen akıllı kol tarafından kaplanmış kadar aşağı şişeleri itin. eVOLVER dokunmatik ekran etkileşimli kurulum sayfasında, bir parmağınızı dokunmatik ekran boyunca sürükleyin veya tüm şişeleri seçmek ve sıcaklığın başlangıç koşullarını 30 derece ye ayarlamak ve 10 dereceye kadar karıştırın için Tümü Seç düğmesine basın.
Bilgisayarda, denemenin çalıştırılacılan eVOLVER cihazını belirtin. İstediğin kalibrasyon ayarlarının seçildiğinden emin olun. eVOLVER panosunu açın ve Deney Yöneticisi sayfasına gidin.
Başlangıç noktası olarak Deneme Gezgini panelindeki Temel denemeyi veya varolan bir denemeyi seçin ve Clone'u tıklatın. Deneme Düzenleyicisi sayfasına gidin. Sıcaklığı 30 santigrat dereceye ayarlamak ve deneysel tasarıma göre her şişe için bir üst ve alt OD eşiği ayarlamak için Şişe Seçici ve Parametre Tanımı panellerini kullanın.
Kaydet'i tıklatarak denemeyi kaydedin. Ardından Deney Yöneticisi sayfasına geri dönmek için oku tıklatın ve çalıştırmak için Oynat düğmesini tıklatın. Deneme başlatıldıktan sonra etkileşimli panodaki Gerçek Zamanlı Veri paneline gidin.
Her şişe için, OD değerlerinin sıfırda tutup tutmadığını kontrol edin. Sıcaklıkların 30 santigrat dereceye doğru olup olmadığını veya ilerlediğini kontrol etmek için sıcaklık grafiklerine göz atın. Inokül hazırlamak için, ilk gece kültürleri OD ölçmek ve 25 mililitre bir şişe hacmi ve yaklaşık 0,05 istenilen başlangıç OD varsayarak gece kültürleri için istenen tam seyreltme hesaplamak.
Örnekleme portu aracılığıyla, pipet inoculum veya inocula karışımı hesaplanan hacmi. OD'nin 0,05'e yükseldiğini görmek için panodaki grafikleri kontrol edin. Deney devam ederken hücre büyümesi ve şişe koşulları gerçek zamanlı olarak izlenebilir ve herhangi bir sorun oluşursa araştırmacının müdahale etmesine olanak sağlar.
eVOLVER, kültür koşullarının çoklu parametre kontrolüne olanak tanıyan otomatik bir sürekli kültür platformudur. EVOLVER büyüme hızı verilerinden enterpolasyona tabi nesillere karşı log oranları çizildiğinde yabani tip, ısıya duyarlı ve tuza duyarlı gruplar arasında nitel farklılıklar gösterilmiştir. Renk seçim sıcaklığını gösterirken tireler tuz konsantrasyonlarını ayırt eder.
En az üç nokta kullanarak her çizimin doğrusal kısmına sığan bir eğim, varyant geriliminin referans zorlanmasına karşı nasıl rekabet ettiğini açıklayan nicel bir uygunluk değeri verir. Negatif fitness değerleri, varyant zorlanmasının referans zorlanmadan daha fazla olduğunu gösterir. Her zaman tüm pompalar verimli çalışıyor ve sıvı hatları herhangi bir tıkanıklık ları temiz olup olmadığını kontrol edin.
Taşma bir deneyi mahvedebilir ve akıllı kollara zarar verebilir. EVOLVER'den alınan numuneler daha sonra deney sonucunda genomik değişiklikleri kontrol etmek için sıralanabilir. Bu bilgiler yeni suşlar veya sistemler tasarlamak için kullanılabilir.
Laboratuvar evrimi veya kütüphane seçimini kullanan araştırmacılar için, her eVOLVER deneyinde benzersiz seçim baskıları uygulamak kolaydır. Geri bildirim kontrolü ve dinamik ortamlar artık çok erişilebilir. Atık bakıcı bir deneyden sonra az miktarda çamaşır suyu ve etanol içerecektir.
Atıkların doğru şekilde bertaraf edilmesi için laboratuvar güvenlik koordinatörünüze danışın.
Genel Bakış
eVOLVER çerçevesi, deneysel parametreler üzerinde dinamik kontrol sağlayarak yüksek verimli sürekli mikrobiyal kültür olanakları sunar. Bu protokol, kullanıcıların birden fazla kültür üzerinde otomatik kontrolü programlamada ve verileri gerçek zamanlı olarak ölçüp bunlarla etkileşimde bulunmada rehberlik eder.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Mikrobiyal kültür
- Otomatik geri bildirim sistemleri
- Deneysel tasarım
Arka Plan
- eVOLVER sistemi, kültür büyüme deneyleri tasarlamada esneklik sağlar.
- Hem yazılım hem de donanım bileşenlerinin özelleştirilmesine izin verir.
- Başarılı deneyler için bileşenlerin doğru kurulumu ve anlaşılması kritik öneme sahiptir.
- Anaerobik fermantasyon da dahil olmak üzere çeşitli kültür koşullarına uyarlanabilir.
Çalışmanın Amacı
- Sürekli kültür deneyleri için eVOLVER platformunun kurulumu ve işletimini göstermek.
- Mikrobiyal kültürlerin gerçek zamanlı izlenmesini ve kontrolünü sağlamak.
- Farklı mikrobiyal türler arasındaki uygunluk değişimlerinin çalışmasını kolaylaştırmak.
Kullanılan Yöntemler
- Medyanın hazırlanması ve ekipmanların sterilizasyonu.
- eVOLVER sisteminin kurulumu ve deneylerin başlatılması.
- Etkileşimli bir kontrol paneli aracılığıyla gerçek zamanlı veri izleme.
- Mikrobiyal türlerin büyüme oranlarının ve uygunluk değerlerinin analizi.
Ana Sonuçlar
- Sürekli kültür deneylerinin başarılı otomasyonu.
- Optik yoğunluk (OD) ve sıcaklığın gerçek zamanlı izlenmesi.
- Büyüme hızı verilerinden türetilen nicel uygunluk değerleri.
- Mikrobiyal varyantlar arasında performans farklılıklarının belirlenmesi.
Sonuçlar
- eVOLVER sistemi, deneysel kontrol ve esnekliği artırır.
- Gerçek zamanlı veriler, deneylerde anında müdahale sağlar.
- Deneysel sonuçlara dayalı olarak yeni türlerin mühendisliğini destekler.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
The eVOLVER platform enables high-throughput, automated continuous culture with real-time monitoring of optical density and temperature, supporting scalable fitness landscape mapping for strain engineering and selection studies. Its open-source software and modular hardware allow rapid reconfiguration for multiparameter experimental designs, reducing manual intervention and increasing reproducibility in microbial strain characterization. This positions eVOLVER as a reusable discovery tool for de-risking target validation and lead identification in antimicrobial, metabolic, and synthetic biology programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables quantitative fitness profiling of mutant libraries under defined selection pressures to interrogate gene function and pathway essentiality.
- Operational Value: Automates continuous culture with feedback control, reducing manual sampling and enabling long-term, unattended experiments.
- Scientific Value: Supports mechanistic de-risking by linking genotype to fitness under controlled environmental conditions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative growth rate and fitness metrics from real-time OD and temperature data for comparative strain analysis.
- Operational Value: Standardizes culture conditions across hundreds of parallel vessels via programmable fluidic and sensor arrays.
- Scientific Value: Facilitates assay readiness by providing reproducible, dynamically controlled environments for library selection and evolution experiments.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Enables longitudinal tracking of genomic adaptations in evolving populations, informing strain engineering for therapeutic production.
- Operational Value: Supports scalable preparation of evolved strains for downstream phenotypic validation in disease-relevant models.
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in strain performance by measuring competitive fitness across environmental gradients.
Pipeline & Workflow Integration
eVOLVER integrates into early discovery workflows by enabling hypothesis-driven fitness screening, assay development for evolution-based selection, and translational strain optimization prior to preclinical validation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing through precise environmental control and quantitative fitness readouts across genetic variants.
- Screening: Enables high-throughput, reproducible growth selection assays with real-time monitoring and automated feedback.
- Analytics: Provides real-time OD, temperature, and derived fitness metrics for longitudinal comparison of culture conditions.
- Translational Research: Connects discovery-phase evolution to preclinical strain engineering by identifying adaptive mutations under selection.
- Enterprise Reuse: Functions as a reconfigurable platform for multiple campaigns, reducing need for bespoke culture systems per project.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive fitness modeling, target validation via competitive growth, reduction of phenotypic ambiguity.
- Operational Value: Standardization, automation, and scalability of continuous culture across environmental gradients.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions in strain selection, reduced biological risk in development candidates.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of engineered strains based on quantitative fitness landscapes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microbial culture, microfluidics, and Python-based software customization.
- Needs perfusion pumps, temperature control units, smart sleeves, and real-time data monitoring infrastructure.
- Demands cross-team standardization of protocols for media preparation, sterilization, and sampling.
- Requires adaptation of fluidic layouts and sensor configurations for different organism types and selection pressures.
- Limited by clogging risks in fluid lines and the need for regular maintenance to prevent experimental failure.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:58
Sterilizing the System
2:56
Loading the Culture Vials
3:51
Configuring eVOLVER Software and Programming Algorithmic Culture Routines
4:48
Inoculating and Monitoring Experiment in Real-time
5:47
Results: Fitness Surface Construction
6:35
Conclusion
