Hochdurchsatz-Optogenetik-Experimente in Hefe mit der automatisierten Plattform Lustro
4. August 2023
Dieses Protokoll beschreibt die Schritte zur Verwendung der automatisierten Plattform Lustro zur Durchführung einer Hochdurchsatz-Charakterisierung optogenetischer Systeme in Hefe.
Derzeit stehen verschiedene Geräte wie Bioreaktoren und Mikrotiterplattenbeleuchtungen zur Verfügung. Bioreaktoren bieten eine feine zeitliche Auflösung, sind aber im Durchsatz begrenzt. Mikrotiterplattengeräte bieten einen höheren Durchsatz, aber es fehlt die Automatisierung für eine zuverlässige Aufzeichnung der Ergebnisse im Laufe der Zeit.
Lustro bietet eine zuverlässige und hochdurchsatzfähige Charakterisierung optogenetischer Systeme in Echtzeit. Es kann auch mit Assays verbunden werden, die von Liqui-Handling-Robotern durchgeführt werden können. Optogenetische Systeme sind aufgrund der feinen räumlichen und zeitlichen Kontrolle, die sie über das zelluläre Verhalten bieten, ein attraktives Werkzeug.
Die Fähigkeit, optogenetische Systeme schneller zu entwerfen, zu bauen und zu testen, wird den Weg für ein besseres Verständnis und eine bessere Kontrolle des biologischen Verhaltens ebnen.
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Übersicht
Dieses Protokoll beschreibt die Schritte zur Nutzung der automatisierten Plattform Lustro für die Hochdurchsatz-Charakterisierung optogenetischer Systeme in Hefe. Lustro ermöglicht eine zuverlässige und effiziente Charakterisierung in Echtzeit und arbeitet mit Flüssigkeits-Handhabungsrobotern zusammen, um die Automatisierung zu verbessern.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Optogenetik
- High-Throughput-Screening
- Hefe-Modellsysteme
Hintergrund
- Optogenetische Systeme ermöglichen eine präzise Steuerung des zellulären Verhaltens.
- Zu den derzeit verfügbaren Geräten gehören Bioreaktoren und Beleuchtungssysteme für Mikrotiterplatten.
- Bioreaktoren bieten eine hohe zeitliche Auflösung, jedoch eine begrenzte Durchsatzkapazität.
- Geräte für Mikrotiterplatten ermöglichen einen höheren Durchsatz, weisen aber keinen Automatisierungsgrad auf.
Zweck der Studie
- Verwendung von Lustro zur Hochdurchsatz-Charakterisierung optogenetischer Systeme.
- Verbesserung der Automatisierung bei der zeitaufgelösten Aufzeichnung von Messwerten.
- Steigerung der Effizienz von Assays, die mit Flüssigkeits-Handling-Robotern durchgeführt werden.
Verwendete Methoden
- Nutzung der Lustro-Plattform zur Charakterisierung.
- Integration mit Flüssigkeits-Handhabungsrobotern zur Automatisierung von Assays.
- Echtzeitüberwachung optogenetischer Systeme.
- Vergleich mit herkömmlichen Bioreaktor- und Mikroplattenverfahren.
Hauptergebnisse
- Lustro ermöglicht eine zuverlässige Charakterisierung von optogenetischen Systemen.
- Die hohe Durchsatzkapazität übertrifft herkömmliche Methoden.
- Die Echtzeitaufzeichnung von Daten verbessert die experimentelle Genauigkeit.
- Automatisierung reduziert manuelle Eingriffe und Fehler.
Schlussfolgerungen
- Lustro ist ein effektives Werkzeug für Hochdurchsatz-Optogenetik-Studien.
- Automatisierung verbessert experimentelle Arbeitsabläufe erheblich.
- Zukünftige Anwendungen könnten sich auf andere biologische Systeme ausweiten.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die Hochdurchsatz-Optogenetik in Hefe, ermöglicht durch die Lustro-Plattform, behebt den Engpass iterativer Design-Build-Test-Zyklen in der synthetischen Biologie und der Genregelungstechnik. Durch die Automatisierung von Lichtstimulation und quantitativen Messungen erhöht Lustro die Vorhersagegenauigkeit und beschleunigt frühe Entdeckungsphasen für programmierbare Zellsysteme. Diese Fähigkeit ermöglicht die bewertung ganzer Konstruktportfolios und reduziert so die Zykluszeit sowie den Ressourcenaufwand in der Forschungs- und Entwicklungs-Pipeline.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die schnelle Untersuchung der Genregelkreisfunktion unter kontrollierten Lichtbedingungen.
- Unterstützt die biologische Ent风险bewertung durch Quantifizierung der optogenetischen Antwortdynamik an mehreren Konstrukten.
- Erleichtert die funktionelle Zielvalidierung durch präzise, programmierbare Stimulation und Messung.
- Verbessert die Vorhersagesicherheit für die Weiterentwicklung synthetischer biologischer Systeme.
Screening und Assay-Entwicklung
- Automatisiert die Herstellung und Stimulierung von Hefestämmen für standardisierte, reproduzierbare Assays.
- Ermöglicht hochdurchsatzfähige, quantitative Messungen von Fluoreszenz und Wachstum für robuste Screenings.
- Ermöglicht die skalierbare Evaluierung von Parametern optogenetischer Systeme wie Tastverhältnis und Intensität.
- Unterstützt die zuverlässige Bewertung von Verbindungen oder Konstrukten in multiplexierten Formaten.
Translationale und präklinische Forschung
- Passt die Leistung des optogenetischen Systems an krankheitsrelevante zelluläre Verhaltensweisen an, wenn zutreffend.
- Gewährleistet Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung für programmierbare Genexpressionssysteme.
- Verringert mechanistische Unschärfen, indem der Lichtinput mit quantitativen phänotypischen Ausgaben verknüpft wird.
Pipeline- und Workflow-Integration
Lustro integriert sich in den Kontinuum von der Entdeckung bis zur Lead-Identifizierung, indem es die Charakterisierung optogenetischer Systeme automatisiert und datengestützte Konstruktselektionen für die nachgeschaltete Entwicklung ermöglicht.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt Hypothesentests und die Aufklärung von Signalwegen durch programmierbare Lichtstimulation und Echtzeitmessungen.
- Screening: Liefert assaysichere, reproduzierbare und quantitative Ergebnisse zur Auswahl von Konstrukten.
- Analytik: Bietet zeitlich aufgelöste Fluoreszenz- und Wachstumsdaten, um optogenetische Reaktionen unter verschiedenen Bedingungen zu vergleichen.
- Translationale Forschung: Ermöglicht Kontinuität bei programmierbaren Systemen, die in Richtung präklinischer Modelle weiterentwickelt werden.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Automatisierungsplattform für iterative synthetische Biologie-Arbeitsabläufe.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert die mechanistische Unsicherheit bei der Entwicklung optogenetischer Systeme.
- Operationaler Wert: Standardisiert und skaliert optogenetische Assays, wodurch manuelle Eingriffe und Fehler minimiert werden.
- Strategischer Wert: Beschleunigt Go/No-Go-Entscheidungen und optimiert die Ressourcenallokation über synthetische Biologie-Portfolios hinweg.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung programmierbarer Zellsystem-Assets.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in Optogenetik, Automatisierungsprogrammierung und quantitativer Assay-Entwicklung.
- Benötigt integrierte Instrumentierung: Beleuchtungsvorrichtung, Plattenreader, Schüttler und Roboterarm.
- Setzt eine standardisierte Protokoll- und Datenformatierung über Teamgrenzen hinweg zur Reproduzierbarkeit voraus.
- Die Anpassung an andere Modellsysteme kann Modifikationen an Hardware und Protokollen erfordern.
- Die Durchsatzkapazität und Assay-Komplexität sind durch die Plattformkonfiguration und das Plattenformat begrenzt.
