如何利用BASIC和Opentrons OT-2構(gòu)建了一個(gè)用于合成生物學(xué)的準(zhǔn)確、高性?xún)r(jià)比各方面、自動(dòng)化的DNA組裝平臺(tái)提供了有力支撐。

為了更深入互動講、更快速地探索生物學(xué)生產體系，科學(xué)家們需要簡(jiǎn)單有效的方法來(lái)構(gòu)建 DNA 結(jié)構(gòu)技術研究。

“為了更有效地開(kāi)發(fā)新的生物系統(tǒng)經過，我們正在嘗試將工程方法應(yīng)用于生物學(xué)範圍和領域∮兴黾?！?a >帝國(guó)理工學(xué)院合成生物學(xué)中心的聯(lián)合主任 Geoff Baldwin 說(shuō)：“從過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，制造新的 DNA 結(jié)構(gòu)是個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程大數據，通常需要兩到三個(gè)月的時(shí)間——而且中途有可能失敗長效機製。” 于是 Baldwin 和他的同事 Marko Storch 以及倫敦生物鑄造廠(chǎng)自動(dòng)化主管博士后研究員 Matt Haines 一起開(kāi)發(fā)一款可以更輕松數字技術、更快速構(gòu)建DNA的工具奮戰不懈。

（從左到右）Matt Haines和Geoff Baldwin在他們的實(shí)驗(yàn)室里，與OT-2液體處理實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人在一起措施。圖片來(lái)源：帝國(guó)理工學(xué)院

我們已經(jīng)做出了一些工具上的改進(jìn)大大縮短。“今天緊密相關，我們有更好的工具更默契了，”Baldwin說(shuō)，“就像你建造宜家家具的方式一樣培訓，你可以用標(biāo)準(zhǔn)零件建造一個(gè)生物系統(tǒng)不合理波動，這是一種更有效的方式宣講手段。”

“就像你建造宜家家具的方式一樣積極拓展新的領域，你可以用標(biāo)準(zhǔn)零件建造一個(gè)生物系統(tǒng)配套設備，這是一種更有效的方式∠鄬﹂_放！?/p>

進(jìn)入基礎(chǔ)知識(shí)
在開(kāi)啟自動(dòng)化項(xiàng)目之前推進高水平，Storch、Baldwin 和其他同事開(kāi)發(fā)了 BASIC拓展應用，主要用于冪等克隆的生物部件組裝標(biāo)準(zhǔn)化生產創效。在某種程度上，BASIC 促使研究人員以新的方式思考構(gòu)建 DNA 結(jié)構(gòu)管理灮舷?！八峁┝顺錾目刹僮餍裕盉aldwin說(shuō)：“一旦你接受了標(biāo)準(zhǔn)化方法敢於挑戰，就會(huì)有大程度的思考自由不斷創新，你不再需要考慮單個(gè)序列建立和完善、重疊提供了遵循、PCR 等的細(xì)節(jié)〈笮?！?/p>

在某種程度上服務效率，BASIC 促使研究人員以新的方式思考構(gòu)建DNA構(gòu)建體≡龀帜芰?！八峁┝藰O好的可操作性共同努力，”Baldwin說(shuō)∽非笞吭?！耙坏┠憬邮芰藰?biāo)準(zhǔn)化的方法逐漸完善，就會(huì)有更大的自考自由度——你不再需要考慮單個(gè)序列、重疊合理需求、PCR等的細(xì)節(jié)是目前主流。”

因此高質量，通過(guò) BASIC充分發揮，科學(xué)家們將注意力從如何構(gòu)建 DNA 轉(zhuǎn)移到了思考系統(tǒng)的行為上。此外管理，BASIC 產(chǎn)生的DNA 構(gòu)建非常準(zhǔn)確設計。“你有信心改進措施，合成的 DNA就是你想要的就此掀開，”Baldwin說(shuō)道長足發展。

通過(guò) BASIC，科學(xué)家們將注意力從如何構(gòu)建 DNA 轉(zhuǎn)移到了思考系統(tǒng)的行為上穩步前行，同時(shí)生成非常準(zhǔn)確的DNA構(gòu)建發揮作用。

除了提高準(zhǔn)確性外，BASIC 還簡(jiǎn)化了構(gòu)建 DNA 的過(guò)程逐步顯現°懹泧谕?！八峁┝烁?jiǎn)單的方法來(lái)實(shí)現(xiàn) DNA 構(gòu)建，”Storch說(shuō)自動化裝置∈竟?！澳愕玫降氖情_(kāi)箱即用的零件和連接器，而且不需要進(jìn)行故障排除有很大提升空間∵\行好！比缓螅茖W(xué)家只需要知道如何將部分-連接器-部分-連接器等進(jìn)行組合來(lái)構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)可能性更大。

Baldwin 將其與計(jì)算機(jī)的進(jìn)化進(jìn)行比較部署安排。幾十年前，構(gòu)建計(jì)算機(jī)的人需要了解晶體管和邏輯門(mén)技術∩a能力！叭缃瘢槐?fù)?dān)心計(jì)算的物理原理示範推廣，因?yàn)槟梢灾苯訌暮凶永锬贸鼋M件堅持好，”他說(shuō)〈蠓黾?！巴瑯犹匦?，BASIC 讓用戶(hù)能夠享受與DNA 類(lèi)似的抽象層次〉忍攸c！?/p>

不過(guò)建言直達，想要充分利用 BASIC，還需要實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化將進一步。

添加 Opentrons
“當(dāng) Opentrons 推出OT-2時(shí)充分發揮，Opentrons的開(kāi)源理念確實(shí)與我們對(duì)基于鏈接器的 DNA 組裝項(xiàng)目的看法不謀而合，”Storch 說(shuō)：“磁性模塊和溫控模塊提供了我們需要的功能動力⊥瑫r！?/p>

因此，開(kāi)源 BASIC 技術(shù)（可在 GitHub 上免費(fèi)獲得）非常適合在開(kāi)源的自動(dòng)化移液機(jī)器人OT-2上使用效高性∧Ｊ?！拔覀兿嘈艑?shí)驗(yàn)的價(jià)值應(yīng)該體現(xiàn)在你建造的東西上，而不是你建造它的方式上”Baldwin說(shuō)。這催生了能夠運(yùn)行 BASIC 的 OT-2——DNA-BOT高品質。

（從左至右）Matt Haines和Geoff Baldwin正在思考他們的DNA-Bot不折不扣。圖片來(lái)源：帝國(guó)理工學(xué)院

當(dāng)被問(wèn)及運(yùn)行 DNA-BOT 的優(yōu)勢(shì)時(shí)，Haines 說(shuō)資源優勢，“首先是性?xún)r(jià)比高效利用。” 然后估算，他還強(qiáng)調(diào)了該方法的效率和準(zhǔn)確性講理論。“我們?cè)诿總€(gè)案例中都獲得了 88 個(gè)組件的構(gòu)造不要畏懼，再高效的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高精度服務為一體，”他說(shuō)：“這是非標(biāo)準(zhǔn)化的方式難以實(shí)現(xiàn)的≈饾u顯現！?/p>

在帝國(guó)理工學(xué)院合成生物學(xué)中心全會精神，Baldwin 和他的同事建立了一個(gè)由六個(gè) DNA-BOT 組成的實(shí)驗(yàn)室￠L效機製！拔覀冋趪L試看看碩士生是否可以使用這個(gè)平臺(tái)構(gòu)建結(jié)構(gòu)法治力量，”Storch 說(shuō)。

研究生正在設(shè)置帝國(guó)理工學(xué)院生物鑄造廠(chǎng)分享。圖片來(lái)源：倫敦帝國(guó)學(xué)院

無(wú)論這些學(xué)生的試驗(yàn)結(jié)果如何共享，Baldwin 的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)知道 DNA-BOT 改變了游戲規(guī)則”硎?！拔覀兛梢蕴剿鞯脑O(shè)計(jì)空間是數(shù)百個(gè)全面闡釋，甚至數(shù)千個(gè)DNA結(jié)構(gòu)非常激烈，”Baldwin 說(shuō)競爭力所在，“而且它可以迅速增加到數(shù)萬(wàn)個(gè)☆I域！?/p>

正如 Haines 所強(qiáng)調(diào)的溝通機製，“還有很多可探索的變異性≡]入新的動力！?/p>

增強(qiáng)應(yīng)用
Baldwin 的團(tuán)隊(duì)看到了更多的工作要做領先水平。他們已經(jīng)看到 DNA-BOT 在各種應(yīng)用中發(fā)揮作用，包括研究現(xiàn)有的生物合成途徑和創(chuàng)建新的途徑來(lái)構(gòu)建難以制造的化合物雙重提升。

該團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)開(kāi)發(fā)和調(diào)整 DNA-BOT戰略布局，并計(jì)劃整合 Opentrons Thermocycler。 “我們想建立一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)表現明顯更佳，”Baldwin 說(shuō)狀態。“創(chuàng)建一個(gè) DNA 零件和流程，將增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)成員的能力廣泛認同H要求！碑?dāng)價(jià)格實(shí)惠、易于使用和高效的自動(dòng)化與先進(jìn)的合成生物學(xué)工具箱相結(jié)合時(shí)鍛造，構(gòu)建 DNA 結(jié)構(gòu)的整個(gè)行業(yè)將發(fā)生變化競爭激烈，幾乎任何人都可以探索它。

參考資料：

1. Storch, M., Haines, M.C., Baldwin, G.S. 2019. DNA-BOT: 合成生物學(xué)中低成本改善、自動(dòng)化的DNA組裝平臺(tái)空白區。bioRxiv. doi:?http://dx.doi.org/10.1101/832139.
2. Storch, M., Casini, A., Mackrow, B., et al. 2015. BASIC: 用于合成生物學(xué)的同態(tài)克隆的新的生物部件組裝標(biāo)準(zhǔn)，為合成生物學(xué)提供準(zhǔn)確信息化、單層DNA組裝充分發揮， ACS Synth. Biol. 4:781–787.