Cryo-elektronenmicroscopie screening Automatisering over meerdere netten met behulp van Smart Leginon
1 december 2023
Cryo-elektronenmicroscopie (cryoEM) multi-grid screening is vaak een vervelend proces dat uren aandacht vraagt. Dit protocol laat zien hoe je een standaard Leginon collectie instelt en Smart Leginon Autoscreen om dit proces te automatiseren. Dit protocol kan worden toegepast op de meeste cryoEM holleyfolieroosters.
In het Simons Electron Microscopy Center streven we ernaar om uitstekende elektronenmicroscopiediensten, expertise en training te bieden aan lokale en nationale onderzoekers, en om innovatieve methoden te ontwikkelen om workflows te optimaliseren. Ons werkterrein omvat service, ontwikkeling, machine learning en biomedisch onderzoek. We proberen een antwoord te geven: hoe kunnen we onze diensten beter optimaliseren?
Machine learning verandert het vakgebied van de elektronenmicroscopie. Het verzamelen van gegevens wordt steeds meer geautomatiseerd. Data-analysetools worden snel efficiënter.
Dit omvat het verwijderen van ruisonderdrukking, het verzamelen van deeltjes, 3G-flexibiliteitsanalyse en het bouwen van modellen. We werken de software regelmatig bij om rekening te houden met verschillende situaties, zoals verschillende roostergaten, gekantelde verzameling of bugs die zijn geïdentificeerd via bètatestsoftware in onze productieomgeving. We integreren ook feedback van onze gebruikers, zodat we voortdurend functies bieden die nuttig voor hen zijn.
Smart Leginon pakt de arbeidsintensieve en tijdrovende taken aan van het screenen van een of meer roosters op een cryoTEM. Het stelt operators en onderzoekers in staat om roosters sneller te screenen en te analyseren, terwijl er tijd vrijkomt om de net- en monstercondities parallel te optimaliseren. Dit vermindert ook de tijd en kosten van de microscoop.
Smart Leginon autoscreen biedt volledig onbemande multigrid-screening, die ongeveer 10 minuten duurt om screening voor 12 grids in te stellen. In vergelijking met handmatige screening bespaart ons protocol enkele uren per dag. Sinds de introductie van Smart Leginon is er andere gratis en commerciële software ontwikkeld voor vergelijkbare automatisering.
Overzicht
Dit protocol beschrijft de automatisering van multi-grid screening voor cryo-elektronenmicroscopie (cryoEM) met behulp van Smart Leginon Autoscreen. Door het installatieproces te stroomlijnen, kunnen onderzoekers de tijd die aan grid-screening wordt besteed aanzienlijk verminderen, wat een efficiëntere analyse en optimalisatie van de monstercondities mogelijk maakt.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Cryo-elektronenmicroscopie
- Automatisering in microscopie
- Beeldanalyse
Achtergrond
- CryoEM multi-grid screening is traditioneel arbeidsintensief.
- Automatisering kan de efficiëntie verhogen en de kosten verlagen.
- Smart Leginon Autoscreen faciliteert onbeheerde screening.
- Machine learning verbetert de gegevensverzameling en -analyse in de elektronenmicroscopie.
Doel van de studie
- Om het cryoEM multi-grid screeningsproces te automatiseren.
- Om de tijd en arbeid die gepaard gaan met gridanalyse te verminderen.
- Om workflows voor onderzoekers in de elektronenmicroscopie te optimaliseren.
Gebruikte methoden
- Configuratie van de Leginon-interface voor geautomatiseerde screening.
- Configuratie van diverse instellingen voor targeting en belichting.
- Gebruik van de Ptolemy-applicatie voor beeldbewerking.
- Integratie van gebruikersfeedback voor continue verbetering.
Belangrijkste resultaten
- Smart Leginon Autoscreen vermindert de screeningstijd dagelijks met meerdere uren.
- Operators kunnen meerdere grids efficiënt screenen.
- Automatisering maakt parallelle optimalisatie van grid- en monstercondities mogelijk.
- Continue software-updates verbeteren de functionaliteit op basis van gebruikersbehoeften.
Conclusies
- Automatisering in cryo-EM verbetert de efficiëntie van de workflow aanzienlijk.
- Smart Leginon Autoscreen is een waardevolle tool voor onderzoekers.
- Toekomstige ontwikkelingen zullen waarschijnlijk de automatisering en data-analyse verder verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Geautomatiseerde screening van cryo-elektronenmicroscopie (cryoEM) grids met behulp van Smart Leginon pakt een kritieke bottleneck aan in workflows voor structurele biologie en biofarma-ontwikkeling. Door de tijdsinspanning van de operator te verminderen en de doorvoer te verhogen, verbetert deze automatisering de efficiëntie van targetvalidatie en vroege fasen van structuurgebaseerde geneesmiddelenontwikkeling. Deze aanpak maakt schaalbare, reproduceerbare screening over meerdere grids mogelijk, wat robuuste besluitvorming ondersteunt op cruciale inflection points in de ontdekkingspipeline.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Versnelt de structurele analyse van macromoleculaire complexen voor targetvalidatie.
- Maakt snelle optimalisatie van monster- en gridcondities mogelijk, waardoor experimentele onduidelijkheid wordt verminderd.
- Ondersteunt voorspellend vertrouwen in structurele hypothesen voor portfoliotriage.
Screening & assay-ontwikkeling
- Bereidt gevalideerde cryoEM-grids voor voor downstream workflows voor hogeresolutie-datacollectie.
- Standaardiseert de screening van grids, wat de reproduceerbaarheid en kwantitatieve beoordeling van de monsterkwaliteit verbetert.
- Faciliteert schaalbare, onbemande screening om een betrouwbare evaluatie van meerdere condities mogelijk te maken.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Biedt structurele inzichten die, indien relevant, bijdragen aan de afstemming van translationele biomarkers.
- Waarborgt continuïteit van screening in de ontdekkingsfase tot preklinische structurele validatie.
- Vermindert risico's door vroege identificatie van optimale monstercondities voor verdere ontwikkeling mogelijk te maken.
Integratie van Pipeline & Workflow
Smart Leginon Autoscreen is geïntegreerd in het ontdekkingscontinuüm, van vroege monsteroptimalisatie tot lead-identificatie en preklinische structurele validatie.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van signaalpaden door snelle, reproduceerbare grid-screening mogelijk te maken.
- Screening: Levert gestandaardiseerde, kwantitatieve resultaten voor het vergelijken van grid- en monstercondities.
- Analytics: Biedt high-content imaging en statistische output om de selectie van grids voor hogeresolutie-datacollectie te informeren.
- Translationeel Onderzoek: Handhaaft structurele continuïteit voor biomarker- en mechanistische studies wanneer dit door de workflow wordt ondersteund.
- Enterprise Hergebruik: Vestigt een schaalbare, herbruikbare automatiseringscapaciteit voor screeningbehoeften in meerdere projecten.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in structurele studies.
- Operationele waarde: Standaardiseert en schaalt grid-screening, waardoor de operatortijd wordt teruggebracht van uren naar minuten.
- Strategische waarde: Maakt betere go/no-go beslissingen en kapitaalefficiëntie mogelijk door vroege structurele validatie te versnellen.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en voortgang van structureel gevalideerde targets.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in cryoEM-monstervoorbereiding en rasteroptimalisatie.
- Is afhankelijk van toegang tot geautomatiseerde cryoEM-instrumentatie en een compatibele software-infrastructuur.
- Vereist cross-team standaardisatie van screeningsparameters en databeheer.
- Kan aanpassing vereisen voor verschillende rastertypen of monsterklassen, afhankelijk van de ondersteuning door de software.
- Praktische beperkingen omvatten de beschikbaarheid van de microscoop en de initiële configuratie voor automatiseringsworkflows.
