Esperimenti di optogenetica ad alto rendimento nel lievito utilizzando la piattaforma automatizzata Lustro
4 agosto 2023
Questo protocollo delinea i passaggi per l'utilizzo della piattaforma automatizzata Lustro per eseguire la caratterizzazione ad alto rendimento dei sistemi optogenetici nel lievito.
Attualmente sono disponibili diversi dispositivi come bioreattori e illuminatori a piastre a micropozzetti. I bioreattori offrono una buona risoluzione temporale, ma sono limitati in termini di produttività. I dispositivi per piastre a micropozzetti offrono una maggiore produttività, ma mancano di automazione per una registrazione affidabile delle uscite nel tempo.
Lustro offre una caratterizzazione affidabile e ad alta produttività di sistemi optogenetici in tempo reale. Può anche interfacciarsi con saggi che possono essere eseguiti da robot di manipolazione liqui. I sistemi optogenici sono uno strumento interessante per il controllo spaziale e temporale che offrono sul comportamento cellulare.
La capacità di progettare, costruire e testare sistemi optogenetici più rapidamente aprirà la strada a una migliore comprensione e controllo del comportamento biologico.
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Panoramica
Questo protocollo descrive i passaggi per utilizzare la piattaforma automatizzata Lustro al fine di effettuare la caratterizzazione ad alto rendimento di sistemi optogenetici nel lievito. Lustro consente una caratterizzazione affidabile ed efficiente in tempo reale, interfacciandosi con robot per la manipolazione di liquidi per un'automazione avanzata.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Optogenetica
- Screening ad alto rendimento
- Sistemi modello con lieviti
Sfondo
- I sistemi optogenetici permettono un controllo preciso del comportamento cellulare.
- I dispositivi attuali includono bioreattori e illuminatori per piastre a micropozzi.
- I bioreattori offrono un'elevata risoluzione temporale ma una capacità limitata.
- I dispositivi per piastre a micropozzi offrono una capacità maggiore ma mancano di automazione.
Scopo dello studio
- Utilizzare Lustro per la caratterizzazione ad alto rendimento di sistemi optogenetici.
- Migliorare l'automazione nella registrazione degli output nel tempo.
- Potenziare l'efficienza dei saggi eseguiti con robot per la manipolazione di liquidi.
Metodi Utilizzati
- Utilizzo della piattaforma Lustro per la caratterizzazione.
- Integrazione con robot per la manipolazione di liquidi per l'automazione dei saggi.
- Monitoraggio in tempo reale di sistemi optogenetici.
- Confronto con metodi tradizionali basati su bioreattori e piastre a pozzetti.
Risultati principali
- Lustro fornisce una caratterizzazione affidabile dei sistemi optogenetici.
- Le capacità ad alto rendimento superano i metodi tradizionali.
- La registrazione dei dati in tempo reale migliora l'accuratezza sperimentale.
- L'automazione riduce l'intervento manuale e gli errori.
Conclusioni
- Lustro è uno strumento efficace per studi optogenetici ad alto rendimento.
- L'automazione migliora significativamente i flussi di lavoro sperimentali.
- Applicazioni future potrebbero estendersi ad altri sistemi biologici.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale Direttiva
La optogenetica ad alto rendimento nei lieviti, resa possibile dalla piattaforma Lustro, affronta il collo di bottiglia dei cicli iterativi di progettazione-costruzione-verifica nella biologia sintetica e nell'ingegneria di circuiti genetici. Automatizzando la stimolazione luminosa e le letture quantitative, Lustro aumenta l'affidabilità predittiva e accelera i punti di svolta nelle fasi iniziali della scoperta per sistemi cellulari programmabili. Questa capacità consente la valutazione su larga scala di costrutti optogenetici, riducendo i tempi di ciclo e l'intensità di risorse nei processi di ricerca e sviluppo.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Consente un'analisi rapida della funzione del circuito genico in condizioni di luce controllate.
- Supporta la riduzione del rischio biologico quantificando la dinamica di risposta optogenetica attraverso costrutti multipli.
- Facilita la validazione funzionale della proteina bersaglio mediante stimolazione e misurazione precisa e programmabile.
- Migliora l'affidabilità predittiva per lo sviluppo di asset di biologia sintetica.
Sviluppo di screening e saggi
- Automatizza la preparazione e la stimolazione di ceppi di lievito per saggi standardizzati e riproducibili.
- Fornisce misurazioni quantitative ad alto rendimento di fluorescenza e crescita per analisi robuste.
- Permette la valutazione scalabile di parametri del sistema optogenetico come il duty cycle e l'intensità.
- Supporta la valutazione affidabile di composti o costrutti in formati multiplex.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea le prestazioni del sistema optogenetico ai comportamenti cellulari rilevanti per la patologia, quando applicabile.
- Garantisce continuità dalla fase di scoperta alla validazione preclinica per sistemi di espressione genica programmabili.
- Riduce l'ambiguità meccanicistica collegando l'input luminoso a output fenotipici quantitativi.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Lustro si integra nel percorso di identificazione dallo scoperto al capostipite automatizzando la caratterizzazione dei sistemi optogenetici e consentendo una selezione basata sui dati dei costrutti per lo sviluppo successivo.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi mediante stimolazione luminosa programmabile e misurazioni in tempo reale.
- Screening: Fornisce output pronti per il saggio, riproducibili e quantitativi per la selezione dei costrutti.
- Analisi: Fornisce dati di fluorescenza e di crescita risolti nel tempo per confrontare le risposte optogenetiche in diverse condizioni.
- Ricerca traslazionale: Favorisce la continuità per sistemi programmabili in avanzamento verso modelli preclinici.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma di automazione riutilizzabile per flussi di lavoro iterativi di biologia sintetica.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'incertezza meccanicistica nello sviluppo di sistemi optogenetici.
- Valore operativo: Standardizza e scala i saggi optogenetici, minimizzando l'intervento manuale e gli errori.
- Valore strategico: Accelera le decisioni di avanzamento o interruzione e ottimizza l'allocazione delle risorse nei portafogli di biologia sintetica.
- Impatto sul portafoglio: Consente una priorizzazione adeguata al rischio delle risorse nei sistemi cellulari programmabili.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in optogenetica, programmazione dell'automazione e progettazione di saggi quantitativi.
- È dipendente da strumentazione integrata: dispositivo di illuminazione, lettore di piastre, agitatore e braccio robotico.
- Necessita di una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro per quanto riguarda protocolli e formati dei dati, al fine di garantire la riproducibilità.
- L'adattamento ad altri sistemi modello potrebbe richiedere modifiche all'hardware e ai protocolli.
- La capacità di elaborazione e la complessità del saggio sono limitate dalla configurazione della piattaforma e dal formato della piastra.
