Automação de triagem por microscopia crioeletrônica em várias redes usando o Smart Leginon
1 de dezembro de 2023
A triagem multigrade da microscopia crioeletrônica (cryoEM) é muitas vezes um processo tedioso que demanda horas de atenção. Este protocolo mostra como configurar uma coleção Leginon padrão e Smart Leginon Autoscreen para automatizar esse processo. Este protocolo pode ser aplicado à maioria das grades de folha de holey cryoEM.
No Simons Electron Microscopy Center, nosso objetivo é fornecer excelentes serviços de microscopia eletrônica, experiência e treinamento para pesquisadores locais e nacionais, e desenvolver métodos inovadores para otimizar os fluxos de trabalho. Nosso escopo abrange serviços, desenvolvimento, aprendizado de máquina e pesquisa biomédica. Estamos tentando responder, como podemos otimizar melhor nossos serviços?
O aprendizado de máquina está mudando o campo da microscopia eletrônica. A coleta de dados está se tornando automatizada. As ferramentas de análise de dados estão rapidamente se tornando mais eficientes.
Isso inclui imagens de denoização, coleta de partículas, análise de flexibilidade 3G e construção de modelos. Atualizamos regularmente o software para dar conta de diferentes situações, como diferentes buracos na grade, coleta inclinada ou bugs identificados por meio de software de teste beta em nosso ambiente de produção. Também integramos o feedback de nossos usuários, por isso estamos continuamente fornecendo recursos que são úteis para eles.
O Smart Leginon aborda as tarefas trabalhosas e demoradas de triagem de uma ou mais grades em um crioTEM. Ele permite que operadores e pesquisadores selecionem e analisem grades mais rapidamente, enquanto liberam tempo para otimizar as condições de grade e amostra em paralelo. Isso também reduz o tempo e o custo do microscópio.
A tela automática Smart Leginon oferece triagem multigrid totalmente autônoma, que leva cerca de 10 minutos para configurar a triagem para 12 grades. Em comparação com a triagem manual, nosso protocolo economiza várias horas por dia. Desde a introdução do Smart Leginon, outros softwares livres e comerciais foram desenvolvidos para automação semelhante.
Visão Geral
Este protocolo descreve a automação da triagem de múltiplas grades em microscopia eletrônica de criotransmissão (cryoEM) utilizando o Smart Leginon Autoscreen. Ao simplificar o processo de configuração, os pesquisadores podem reduzir significativamente o tempo gasto na triagem de grades, permitindo uma análise mais eficiente e a otimização das condições da amostra.
Principais Componentes do Estudo
Área da Ciência
- Microscopia eletrônica criogênica
- Automação em microscopia
- Análise de imagem
Antecedentes
- A triagem multi-grade de CryoEM é tradicionalmente intensiva em mão de obra.
- A automação pode aumentar a eficiência e reduzir custos.
- O Smart Leginon Autoscreen facilita a triagem sem supervisão.
- O aprendizado de máquina está aprimorando a coleta e análise de dados em microscopia eletrônica.
Objetivo do Estudo
- Automatizar o processo de triagem de múltiplas grades em microscopia crioeletrônica (cryoEM).
- Reduzir o tempo e o esforço envolvidos na análise de grades.
- Otimizar os fluxos de trabalho para pesquisadores em microscopia eletrônica.
Métodos Utilizados
- Configuração da interface Leginon para triagem automatizada.
- Configuração de várias definições de direcionamento e exposição.
- Utilização da aplicação Ptolemy para processamento de imagens.
- Integração de feedback do usuário para melhoria contínua.
Resultados Principais
- O Smart Leginon Autoscreen reduz o tempo de triagem em várias horas por dia.
- Os operadores podem triar múltiplas grades de forma eficiente.
- A automação permite a otimização paralela das condições da grade e da amostra.
- Atualizações contínuas de software aprimoram a funcionalidade com base nas necessidades dos usuários.
Conclusões
- A automação em criomicroscopia eletrônica melhora significativamente a eficiência do fluxo de trabalho.
- O Smart Leginon Autoscreen é uma ferramenta valiosa para pesquisadores.
- Desenvolvimentos futuros provavelmente continuarão a aprimorar a automação e a análise de dados.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A triagem automatizada de grades para microscopia eletrônica criogênica (crioEM) utilizando o Smart Leginon resolve um gargalo crítico nos fluxos de trabalho de biologia estrutural e descoberta de biofármacos. Ao reduzir o tempo de operação e aumentar a produtividade, essa automação melhora a eficiência da descoberta precoce de fármacos baseada em estrutura e na validação de alvos. A abordagem permite a triagem escalável e reprodutível em múltiplas grades, apoiando decisões robustas em pontos-chave do processo de descoberta.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Acelera a investigação estrutural de complexos macromoleculares para validação de alvos.
- Permite a otimização rápida das condições de amostra e grade, reduzindo a ambiguidade experimental.
- Oferece confiança preditiva em hipóteses estruturais para triagem de portfólio.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Prepara grades de criomicroscopia eletrônica validadas para fluxos de trabalho downstream de coleta de dados de alta resolução.
- Padroniza a triagem de grades, melhorando a reprodutibilidade e a avaliação quantitativa da qualidade da amostra.
- Facilita a triagem escalável e não assistida, permitindo avaliação confiável de múltiplas condições.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Fornece insights estruturais que orientam o alinhamento de biomarcadores translacionais quando relevantes.
- Garante a continuidade desde a triagem na fase de descoberta até a validação estrutural pré-clínica.
- Reduz riscos ao permitir a identificação precoce das condições ideais de amostra para desenvolvimento adicional.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O Smart Leginon Autoscreen integra-se ao continuum de descoberta, desde a otimização inicial da amostra até a identificação de compostos promissores e a validação estrutural pré-clínica.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses e a clarificação de vias ao permitir triagem rápida e reprodutível em grade.
- Triagem: Fornece saídas quantitativas padronizadas para comparação entre condições de grade e amostras.
- Análises: Oferece imagens de alto conteúdo e saídas estatísticas para orientar a seleção de grades para coleta de dados de alta resolução.
- Pesquisa Translacional: Mantém continuidade estrutural para estudos de biomarcadores e mecanismos quando apoiada pelo fluxo de trabalho.
- Reutilização Empresarial: Estabelece uma capacidade de automação escalável e reutilizável para necessidades de triagem em múltiplos projetos.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista em estudos estruturais.
- Valor Operacional: Padroniza e amplia a triagem em grade, reduzindo o tempo do operador de horas para minutos.
- Valor Estratégico: Permite decisões mais assertivas de prosseguir/não prosseguir e maior eficiência no uso de capital ao acelerar a validação estrutural em estágios iniciais.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização ajustada ao risco e o avanço de alvos com validação estrutural.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência na preparação de amostras de criomicroscopia eletrônica e otimização de grades.
- Depende do acesso a instrumentação automatizada de criomicroscopia eletrônica e infraestrutura de software compatível.
- Exige padronização entre equipes dos parâmetros de triagem e gerenciamento de dados.
- Pode exigir adaptação para diferentes tipos de grades ou classes de amostras, conforme suportado pelo software.
- As limitações práticas incluem a disponibilidade do microscópio e a configuração inicial para fluxos de trabalho automatizados.
