Автоматизация скрининга криоэлектронной микроскопии в нескольких сетях с помощью Smart Leginon
1 декабря 2023 г.
Многосетчатый скрининг криоэлектронной микроскопии (криоЭМ) часто является утомительным процессом, требующим многочасового внимания. В этом протоколе показано, как настроить стандартную коллекцию Leginon и Smart Leginon Autoscreen для автоматизации этого процесса. Этот протокол может быть применен к большинству решеток из фольги с отверстиями в криоЭМ.
В Центре электронной микроскопии им. Саймонса мы стремимся предоставлять превосходные услуги электронной микроскопии, экспертные знания и обучение местным и национальным исследователям, а также разрабатывать инновационные методы для оптимизации рабочих процессов. Наша сфера деятельности охватывает сервис, разработку, машинное обучение и биомедицинские исследования. Мы пытаемся ответить на вопрос, как мы можем лучше оптимизировать наши услуги?
Машинное обучение меняет область электронной микроскопии. Сбор данных становится автоматизированным. Инструменты анализа данных стремительно становятся все более эффективными.
Это включает в себя шумоподавление, отбор частиц, анализ гибкости 3G и построение моделей. Мы регулярно обновляем программное обеспечение, чтобы учесть различные ситуации, такие как различные отверстия в сетке, наклонная коллекция или ошибки, выявленные в ходе бета-тестирования программного обеспечения в нашей производственной среде. Мы также интегрируем отзывы наших пользователей, поэтому мы постоянно предоставляем полезные для них функции.
Smart Leginon решает трудоемкие и трудоемкие задачи скрининга одной или нескольких сеток на криоTEM. Это позволяет операторам и исследователям быстрее проверять и анализировать сетки, высвобождая время для параллельной оптимизации состояния сетки и образца. Это также сокращает время и стоимость работы микроскопа.
Smart Leginon autoscreen предлагает полностью автоматический многосеточный скрининг, который занимает около 10 минут для настройки скрининга для 12 сеток. По сравнению с ручным скринингом, наш протокол экономит несколько часов в день. С момента появления Smart Leginon было разработано другое бесплатное и коммерческое программное обеспечение для аналогичной автоматизации.
Обзор
В данном протоколе описывается автоматизация скрининга нескольких сеток для криоэлектронной микроскопии (cryoEM) с использованием системы Smart Leginon Autoscreen. Оптимизация процесса настройки позволяет исследователям значительно сократить время, затрачиваемое на скрининг сеток, что обеспечивает более эффективный анализ и оптимизацию условий подготовки образцов.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Криоэлектронная микроскопия
- Автоматизация в микроскопии
- Анализ изображений
Теоретические сведения
- Скрининг множества сеток методом криоэлектронной микроскопии (CryoEM) традиционно требует больших трудозатрат.
- Автоматизация позволяет повысить эффективность и снизить затраты.
- Система Smart Leginon Autoscreen облегчает проведение скрининга в автоматическом режиме без участия оператора.
- Машинное обучение совершенствует процессы сбора и анализа данных в электронной микроскопии.
Цель исследования
- Автоматизировать процесс многосеточного скрининга в криоэлектронной микроскопии (cryoEM).
- Сократить временные и трудозатраты на анализ сеток.
- Оптимизировать рабочие процессы для исследователей в области электронной микроскопии.
Используемые методы
- Настройка интерфейса Leginon для автоматизированного скрининга.
- Конфигурация различных параметров таргетинга и экспозиции.
- Использование приложения Ptolemy для обработки изображений.
- Интеграция отзывов пользователей для непрерывного совершенствования.
Основные результаты
- Smart Leginon Autoscreen сокращает время скрининга на несколько часов ежедневно.
- Операторы могут эффективно проводить скрининг нескольких сеток.
- Автоматизация позволяет параллельно оптимизировать условия подготовки сеток и образцов.
- Постоянные обновления программного обеспечения расширяют функциональность в соответствии с потребностями пользователей.
Выводы
- Автоматизация в криоэлектронной микроскопии (cryoEM) значительно повышает эффективность рабочего процесса.
- Smart Leginon Autoscreen является ценным инструментом для исследователей.
- Будущие разработки, вероятно, будут и далее совершенствовать автоматизацию и анализ данных.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Автоматизированный скрининг сеток для криоэлектронной микроскопии (cryoEM) с использованием Smart Leginon устраняет критический этап, ограничивающий пропускную способность в рабочих процессах структурной биологии и биофармацевтических разработок. Благодаря сокращению времени работы оператора и увеличению производительности данная автоматизация повышает эффективность ранних этапов разработки лекарств на основе структуры и валидации мишеней. Этот подход обеспечивает масштабируемый и воспроизводимый скрининг нескольких сеток, что способствует принятию обоснованных решений в ключевых точках процесса разработки.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Ускоряет структурный анализ макромолекулярных комплексов для валидации мишеней.
- Обеспечивает быструю оптимизацию условий подготовки образцов и сеток, снижая неопределенность результатов эксперимента.
- Повышает прогностическую достоверность структурных гипотез при отборе приоритетных проектов портфеля.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка валидированных сеток для криоэлектронной микроскопии (cryoEM) для последующих рабочих процессов сбора данных высокого разрешения.
- Стандартизация скрининга сеток, что повышает воспроизводимость и точность количественной оценки качества образцов.
- Обеспечение масштабируемого автоматизированного скрининга для надежной оценки множества условий.
Трансляционные и доклинические исследования
- Предоставляет структурные данные, которые при необходимости позволяют согласовать трансляционные биомаркеры.
- Обеспечивает преемственность от этапа скрининга при поиске до доклинической структурной валидации.
- Снижает риски за счет раннего определения оптимальных условий подготовки образцов для дальнейшей разработки.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Система Smart Leginon Autoscreen интегрируется в непрерывный процесс поиска соединений: от ранней оптимизации образцов до идентификации лидерных соединений и доклинической структурной валидации.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез и уточнение сигнальных путей за счет возможности быстрого и воспроизводимого скрининга сеток.
- Скрининг: предоставляет стандартизированные количественные данные для сравнения условий на разных сетках и образцах.
- Аналитика: обеспечивает получение изображений с высоким содержанием информации и статистических данных для выбора сеток, подходящих для сбора данных высокого разрешения.
- Трансляционные исследования: сохраняет структурную непрерывность для изучения биомаркеров и механизмов при поддержке данного рабочего процесса.
- Корпоративное повторное использование: создает масштабируемую и многократно используемую систему автоматизации для нужд скрининга в рамках нескольких проектов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность в структурных исследованиях.
- Операционная ценность: стандартизирует и масштабирует сеточный скрининг, сокращая время работы оператора с нескольких часов до нескольких минут.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать более обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет ускорения структурной валидации на ранних этапах.
- Влияние на портфель: способствует приоритизации с учетом рисков и продвижению структурно валидированных мишеней.
Особенности реализации
- Требуется опыт в подготовке образцов для криоэлектронной микроскопии (криоЭМ) и оптимизации сеток.
- Необходимо наличие доступа к автоматизированному оборудованию для криоЭМ и совместимой программной инфраструктуре.
- Требуется межкомандная стандартизация параметров скрининга и управления данными.
- Может потребоваться адаптация для различных типов сеток или классов образцов, поддерживаемых программным обеспечением.
- Практические ограничения включают доступность микроскопа и первоначальную настройку рабочих процессов автоматизации.
