Un guide pratique de l’évolution quasi continue assistée par phage et robotique
12 janvier 2024
L’évolution quasi continue assistée par phage et robotique (PRANCE) est une technique d’évolution rapide et robuste des protéines. La robotique permet la parallélisation des expériences, la surveillance en temps réel et le contrôle de la rétroaction.
Nous essayons de rendre le mystérieux processus de l’évolution suffisamment prévisible pour être utilisé pour l’ingénierie. PRANCE nous donne la possibilité d’intégrer l’évolution dans l’échelle de temps du laboratoire avec la parallélisation pour mieux la comprendre. L’automatisation des laboratoires intègre des concepts d’ingénierie logicielle plus générale, y compris l’IA, dans le développement du code de contrôle.
Les gens intègrent également des bras manipulateurs et des systèmes de convoyeurs multidirectionnels dans les plates-formes de manipulation des liquides. Dans l’ensemble, l’automatisation comprend une instrumentation et des flux de travail plus avancés. Le contrôle par rétroaction améliore le succès de l’évolution continue en empêchant les modes de défaillance courants comme l’extinction.
Ceci est essentiel lors des évolutions multiplexes où les molécules ont des activités de départ variables et où la rigueur de l’évolution dynamique est essentielle pour obtenir les résultats souhaités. Les nouvelles questions scientifiques incluent l’exploration de l’impact de différentes conditions sur l’évolution et l’examen des effets sur la propagation des phages et l’efficacité des circuits d’évolution. Grâce à ces outils d’ingénierie des protéines améliorés, nous cherchons à concevoir des protéines plus sophistiquées, sensibles à leur environnement et dynamiques dans leur fonction.
Aperçu
Le PRANCE (Phage- and Robotics-assisted Near-continuous Evolution) est une technique novatrice conçue pour l'évolution rapide et robuste des protéines. En exploitant la robotique, cette méthode permet la parallélisation des expériences, la surveillance en temps réel et une régulation par rétroaction, améliorant ainsi la prévisibilité des processus évolutifs en laboratoire.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Ingénierie des protéines
- Biologie évolutive
- Automatisation du laboratoire
Contexte
- PRANCE intègre des concepts issus du génie logiciel et de l'intelligence artificielle dans les flux de travail de laboratoire.
- L'automatisation comprend des instruments avancés tels que des bras manipulateurs et des systèmes de convoyage.
- La régulation par rétroaction est cruciale pour éviter l'extinction lors d'évolutions multiplexes.
- L'ajustement dynamique de la sévérité de l'évolution est essentiel pour obtenir les résultats souhaités.
Objectif de l'étude
- Rendre le processus d'évolution prévisible pour des applications en ingénierie.
- Étudier comment différentes conditions influencent l'évolution et la propagation des phages.
- Concevoir des protéines sophistiquées sensibles aux changements environnementaux.
Méthodes utilisées
- Robotique pour la parallélisation des expériences.
- Surveillance en temps réel des processus évolutifs.
- Mécanismes de contrôle par rétroaction pour améliorer l'évolution continue.
- Intégration de plateformes avancées de manipulation liquide.
Résultats principaux
- Taux de réussite améliorés en évolution continue grâce au contrôle par rétroaction.
- Compréhension approfondie des effets des conditions variables sur l'efficacité de l'évolution.
- Développement de protéines dotées de fonctions dynamiques et de sensibilité environnementale.
- Compréhension accrue des défis liés à l'évolution multiplexe.
Conclusions
- PRANCE représente une avancée importante dans les techniques d'ingénierie des protéines.
- L'automatisation et la commande par rétroaction sont essentielles pour la réussite des expériences évolutives.
- Les recherches futures se concentreront sur l'optimisation des conditions pour l'évolution des protéines.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
L'évolution quasi continue assistée par des phages et par la robotique (PRANCE) permet une ingénierie rapide et parallélisée des protéines avec un retour en temps réel, répondant ainsi à l'imprévisibilité des processus évolutifs dans la recherche et le développement. En intégrant la robotique et une commande avec retour d'information, PRANCE prend en charge des expériences évolutives évolutives multiplexées et évolutives, réduit les modes d'échec et améliore la fiabilité expérimentale. Cette capacité est stratégiquement placée pour accélérer les découvertes précoces et réduire les risques associés aux portefeuilles d'ingénierie des protéines.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmacie
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'interrogation systématique de la fonction des protéines et des voies évolutives dans des conditions contrôlées.
- Contribue à la réduction des risques biologiques en empêchant les extinctions lors de l'évolution multiplexée.
- Facilite la prévision fiable des candidats protéiques conçus grâce à un contrôle en temps réel avec rétroaction.
Développement de tests et de criblages
- Prépare des systèmes d'évolution validés et contrôlés par rétroaction pour des procédés analytiques en aval.
- Normalise les conditions des tests sur des centaines d'expériences parallèles, améliorant ainsi la reproductibilité.
- Permet une évaluation évolutive et à haut débit de variants protéiques en vue d'une optimisation fonctionnelle.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les protéines modifiées produites avec des fonctions dynamiques et sensibles à l'environnement, pertinentes pour les modèles de maladies.
- Permet la continuité du stade de découverte à celui de validation préclinique en rendant possible une évolution robuste et multiplexée.
- Offre des éclairages mécanistiques sur la propagation des phages et l'efficacité des circuits d'évolution, en vue d'applications translationnelles.
Intégration des pipelines et des flux de travail
PRANCE se situe à l'intersection de la découverte précoce, de l'identification de composés candidats et de la recherche préclinique, permettant une évolution continue et une itération rapide de candidats protéiques.
- Biologie de la découverte : Permet des expériences d'évolution contrôlées et parallèles afin de soutenir la validation d'hypothèses et la clarification des voies biologiques.
- Criblage : Fournit des résultats reproductibles et quantitatifs permettant une comparaison fiable de variants protéiques.
- Analytique : Offre un suivi en temps réel et des données de rétroaction pour guider les ajustements expérimentaux et la prise de décision.
- Recherche translationnelle : Fait le lien entre la découverte et les étapes précliniques en générant des protéines dotées de propriétés dynamiques et pertinentes pour les maladies.
- Réutilisation en entreprise : Met en place une plateforme évolutive et réutilisable pour des initiatives continues d'ingénierie protéique.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans l'évolution des protéines.
- Valeur opérationnelle : Fournit des protocoles d'évolution standardisés, reproductibles et évolutifs.
- Valeur stratégique : Permet des décisions éclairées de type « aller/ne pas aller » et une progression du portefeuille optimisée en termes de capital.
- Impact sur le portefeuille : Facilite la priorisation et la progression des candidats protéiques conçus, ajustées au risque.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en robotique, en manipulation de liquides et en systèmes de contrôle avec rétroaction.
- Exige l'intégration de lecteurs de plaques, de pompes, de chauffages et d'une infrastructure logicielle compatible.
- Implique une standardisation interéquipes pour la configuration d'expériences multiplexées et l'analyse des données.
- L'adaptation à différents protéines cibles et circuits d'évolution peut nécessiter une optimisation du protocole.
- Les limites pratiques incluent la complexité initiale de la mise en place du matériel et la validation de la prête-à-l'emploi du système.
