Smart Leginon Kullanarak Birden Fazla Şebekede Kriyo-Elektron Mikroskobu Tarama Otomasyonu
1 Aralık 2023
Kriyo-elektron mikroskobu (cryoEM) çoklu ızgara taraması genellikle saatlerce dikkat gerektiren sıkıcı bir süreçtir. Bu protokol, bu işlemi otomatikleştirmek için standart bir Leginon koleksiyonunun ve Smart Leginon Autoscreen'in nasıl kurulacağını gösterir. Bu protokol, cryoEM delikli folyo ızgaralarının çoğuna uygulanabilir.
Simons Elektron Mikroskobu Merkezi'nde, yerel ve ulusal araştırmacılara üstün elektron mikroskobu hizmetleri, uzmanlık ve eğitim sağlamayı ve iş akışlarını optimize etmek için yenilikçi yöntemler geliştirmeyi amaçlıyoruz. Kapsamımız hizmet, geliştirme, makine öğrenimi ve biyomedikal araştırmaları kapsar. Hizmetlerimizi nasıl daha iyi optimize edebiliriz sorusuna cevap vermeye çalışıyoruz.
Makine öğrenimi elektron mikroskobu alanını değiştiriyor. Veri toplama otomatik hale geliyor. Veri analizi araçları hızla daha verimli hale geliyor.
Bu, gürültü giderme görüntülerini, parçacık toplamayı, 3G esneklik analizini ve model oluşturmayı içerir. Farklı ızgara delikleri, eğik toplama veya üretim ortamımızdaki beta test yazılımı aracılığıyla tanımlanan hatalar gibi farklı durumları hesaba katmak için yazılımı düzenli olarak güncelliyoruz. Ayrıca kullanıcılarımızdan gelen geri bildirimleri de entegre ediyoruz, bu nedenle sürekli olarak onlar için yararlı olan özellikler sunuyoruz.
Smart Leginon bir cryoTEM üzerinde bir veya daha fazla şebekenin taranması gibi emek yoğun ve zaman alıcı görevleri yerine getirir. Operatörlerin ve araştırmacıların şebekeleri daha hızlı taramasını ve analiz etmesini sağlarken, şebeke ve numune koşullarını paralel olarak optimize etmek için zaman kazandırır. Bu aynı zamanda mikroskop süresini ve maliyetini de azaltır.
Smart Leginon otomatik ekran, 12 ızgara için taramayı ayarlamak için yaklaşık 10 dakika süren tamamen gözetimsiz çoklu şebeke taraması sunar. Manuel tarama ile karşılaştırıldığında, protokolümüz günde birkaç saat tasarruf sağlar. Smart Leginon'un piyasaya sürülmesinden bu yana, benzer otomasyon için başka ücretsiz ve ticari yazılımlar da geliştirilmiştir.
Genel Bakış
Bu protokol, Smart Leginon Autoscreen kullanılarak kriyo-elektron mikroskopi (cryoEM) çoklu ızgara taramasının otomasyonunu ana hatlarıyla açıklamaktadır. Kurulum süreci optimize edilerek, araştırmacıların ızgara taramasına harcadıkları süreyi önemli ölçüde azaltmaları sağlanır; böylece örnek koşullarının analizi ve optimizasyonu daha verimli hale getirilir.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Kriyo-elektron mikroskobisi
- Mikroskobide otomasyon
- Görüntü analizi
Arka Plan
- Kriyo-EM çoklu ızgara taraması geleneksel olarak emek yoğun bir işlemdir.
- Otomasyon, verimliliği artırabilir ve maliyetleri düşürebilir.
- Smart Leginon Autoscreen, gözetimsiz taramayı kolaylaştırır.
- Makine öğrenimi, elektron mikroskobisinde veri toplama ve analiz süreçlerini geliştirmektedir.
Çalışmanın Amacı
- CryoEM çoklu grid tarama sürecini otomatikleştirmek.
- Grid analizinde harcanan zamanı ve iş gücünü azaltmak.
- Elektron mikroskobisi araştırmacıları için iş akışlarını optimize etmek.
Kullanılan Yöntemler
- Otomatik tarama için Leginon arayüzünün kurulumu.
- Çeşitli hedefleme ve pozlama ayarlarının konfigürasyonu.
- Görüntü işleme için Ptolemy uygulamasının kullanımı.
- Sürekli iyileştirme için kullanıcı geri bildirimlerinin entegrasyonu.
Ana Sonuçlar
- Smart Leginon Autoscreen, günlük tarama süresini birkaç saat azaltır.
- Operatörler birden fazla gridi verimli bir şekilde tarayabilir.
- Otomasyon, grid ve numune koşullarının paralel olarak optimize edilmesine olanak tanır.
- Sürekli yazılım güncellemeleri, kullanıcı ihtiyaçlarına göre işlevselliği artırır.
Sonuçlar
- cryoEM'de otomasyon, iş akışı verimliliğini önemli ölçüde artırır.
- Smart Leginon Autoscreen, araştırmacılar için değerli bir araçtır.
- Gelecekteki geliştirmelerin, otomasyonu ve veri analizini daha da iyileştirmesi beklenmektedir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörle İlgili Yönetici Özeti
Smart Leginon kullanılarak gerçekleştirilen otomatik kriyojenik elektron mikroskobu (cryoEM) grid taraması, yapısal biyoloji ve biyofarmasötik keşif iş akışlarındaki kritik bir darboğazı gidermektedir. Operatör süresini azaltıp işlem hacmini artırarak bu otomasyon, erken aşama yapı tabanlı ilaç keşfi ve hedef doğrulamanın verimliliğini artırır. Bu yaklaşım, birden fazla grid üzerinde ölçeklenebilir ve tekrarlanabilir tarama yapılmasını sağlayarak keşif hattındaki kilit karar noktalarında güçlü karar verme süreçlerini destekler.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Hedef doğrulaması için makromoleküler komplekslerin yapısal incelemesini hızlandırır.
- Numune ve ızgara koşullarının hızlı optimizasyonuna olanak tanıyarak deneysel belirsizliği azaltır.
- Portföy elemeleri için yapısal hipotezlerdeki öngörüsel güveni destekler.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Sonraki yüksek çözünürlüklü veri toplama iş akışları için valide edilmiş cryoEM gridleri hazırlar.
- Grid taramasını standartlaştırarak örnek kalitesinin yeniden üretilebilirliğini ve kantitatif değerlendirmesini geliştirir.
- Birden fazla koşulun güvenilir bir şekilde değerlendirilmesini sağlamak için ölçeklenebilir, operatörsüz taramayı kolaylaştırır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- İlgili olduğunda, translasyonel biyobelirteç uyumuna temel teşkil eden yapısal içgörüler sağlar.
- Keşif aşamasındaki taramadan preklinik yapısal doğrulamaya kadar sürekliliği sağlar.
- Daha ileri geliştirme için optimal örnek koşullarının erken tespitine olanak tanıyarak riski azaltır.
Pipeline ve İş Akışı Entegrasyonu
Smart Leginon Autoscreen, erken örnek optimizasyonundan aday belirlemeye ve preklinik yapısal doğrulamaya kadar keşif sürecine entegre olur.
- Keşif Biyolojisi: Hızlı ve tekrarlanabilir grid taramasına olanak tanıyarak hipotez testlerini ve yolak netleştirmelerini destekler.
- Tarama: Grid ve örnek koşullarını karşılaştırmak için standartlaştırılmış, kantitatif çıktılar sunar.
- Analizler: Yüksek çözünürlüklü veri toplama için grid seçimini bilgilendirecek yüksek içerikli görüntüleme ve istatistiksel çıktılar sağlar.
- Translasyonel Araştırma: İş akışı tarafından desteklendiğinde, biyobelirteç ve mekanistik çalışmalar için yapısal sürekliliği korur.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Çoklu proje tarama ihtiyaçları için ölçeklenebilir ve yeniden kullanılabilir bir otomasyon kapasitesi oluşturur.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Yapısal çalışmalarda öngörü güvenini artırır ve mekanistik belirsizliği azaltır.
- Operasyonel Değer: Izgara taramasını standartlaştırır ve ölçeklendirir, operatör süresini saatlerden dakikalara indirir.
- Stratejik Değer: Erken aşama yapısal doğrulamayı hızlandırarak daha iyi git/gitme kararları verilmesini ve sermaye verimliliğini sağlar.
- Portföy Etkisi: Yapısal olarak doğrulanmış hedeflerin riskle uyumlu önceliklendirmesini ve ilerletilmesini destekler.
Uygulama Hususları
- cryoEM örnek hazırlama ve ızgara optimizasyonu konusunda uzmanlık gerektirir.
- Otomatik cryoEM cihazlarına ve uyumlu yazılım altyapısına erişime bağlıdır.
- Tarama parametrelerinin ve veri yönetiminin ekipler arası standartlaştırılmasını gerektirir.
- Yazılım tarafından desteklendiği şekilde, farklı ızgara türleri veya örnek sınıfları için adaptasyon gerektirebilir.
- Pratik kısıtlamalar arasında mikroskop kullanılabilirliği ve otomasyon iş akışları için ilk kurulum yer alır.
