如何利用BASIC和Opentrons OT-2建構(gòu)了一個用於合成生物學(xué)的準確進行部署、高性價比不可缺少、自動化的DNA組裝平臺效高。

為了更深入、更快速地探索生物學(xué)貢獻法治，科學(xué)家需要簡單有效的方法來建構(gòu) DNA 結(jié)構(gòu)。

「為了更有效地開發(fā)新的生物系統(tǒng)動手能力，我們正在嘗試將工程方法應(yīng)用於生物學(xué)豐富內涵。」帝國理工學(xué)院合成生物學(xué)中心的共同主任Geoff Baldwin 說：「從過往的經(jīng)驗來看很重要，製造新的DNA結(jié)構(gòu)是個漫長的過程，通常需要兩到三個月的時間－而且中途有可能失敗覆蓋。 以及倫敦生物鑄造廠自動化主管博士後研究員 Matt Haines 一起開發(fā)一個可以更輕鬆異常狀況、更快速構(gòu)建DNA的工具研究。

（從左到右）Matt Haines和Geoff Baldwin在他們的實驗室裡，與OT-2液體處理實驗室機器人在一起應用創新。圖片來源：帝國學(xué)院

我們已經(jīng)做了一些工具上的改進提高。 “今天，我們有更好的工具的特性，”Baldwin說交流，“就像你建造宜家家具的方式一樣，你可以用標準零件建造一個生物系統(tǒng)提供堅實支撐，這是一種更有效的方式還不大。”

“就像你建造宜家家具的方式一樣信息化技術，你可以用標準零件建造一個生物系統(tǒng)發揮作用，這是一種更有效的方式≈鸩斤@現！?/p>

進入基礎(chǔ)知識在開啟自動化專案之前銘記囑托，Storch、Baldwin 和其他同事開發(fā)了 BASIC自動化裝置，主要用於冪等克隆的生物部件組裝標準化示範。在某種程度上，BASIC 促使研究人員以新的方式思考建構(gòu) DNA 結(jié)構(gòu)高質量。 “它提供了出色的可操作性提供了有力支撐，”Baldwin說：“一旦你接受了標準化方法，就會有大程度的思考自由逐步改善，你不再需要考慮單個序列意見征詢、重疊、PCR 等的細節(jié)大大提高〉谋厝灰?！?/p>

在某種程度上，BASIC 促使研究人員以新的方式思考建構(gòu)DNA構(gòu)建體取得了一定進展。 「它提供了極好的可操作性完善好，」Baldwin說。 “一旦你接受了標準化的方法積極參與，就會有更大的自考自由度——你不再需要考慮單序列問題分析、重疊、PCR等的細節(jié)交流研討「油晟?！?/p>

因此，透過 BASIC建設應用，科學(xué)家將注意力從如何建構(gòu) DNA 轉(zhuǎn)移到了思考系統(tǒng)的行為支撐作用。此外日漸深入，BASIC 產(chǎn)生的DNA 建構(gòu)非常精確。 「你有信心同時，合成的 DNA就是你想要的互動式宣講，」Baldwin說。

透過 BASIC模式，科學(xué)家將注意力從如何建構(gòu) DNA 轉(zhuǎn)移到了思考系統(tǒng)的行為上自動化，同時產(chǎn)生非常精確的DNA建構(gòu)。

除了提高準確度外高品質，BASIC 還簡化了建構(gòu) DNA 的過程不折不扣。 「它提供了更簡單的方法來實現(xiàn) DNA 構(gòu)建，」Storch說健康發展。 「你得到的是開箱即用的零件和連接器有效保障，而且不需要進行故障排除￠L效機製！谷会徇M一步提升，科學(xué)家只需要知道如何將部分-連接器-部分-連接器等進行組合來建造一個結(jié)構(gòu)。

Baldwin 將其與電腦的演化進行比較營造一處。幾十年前改革創新，建造電腦的人需要了解晶體管和邏輯閘。 「如今取得顯著成效，您不必擔(dān)心計算的物理原理新模式，因為您可以直接從盒子裡拿出組件，」他說不容忽視。 “同樣組織了，BASIC 讓用戶能夠享受與DNA 類似的抽象層次≌f服力！?/p>

不過搶抓機遇，想要充分利用 BASIC，還需要實驗室自動化表示。

添加Opentrons「當(dāng)Opentrons 推出OT-2時全面闡釋，Opentrons的開源理念確實與我們對基於連結(jié)器的DNA 組裝專案的看法不謀而合，」Storch 說：「磁性模組和溫控模組提供了我們需要的功能競爭力所在。

因此引人註目，開源BASIC 技術(shù)（可在GitHub 上免費獲得）非常適合在開源的自動化移液機器人OT-2上使用。 「我們相信實驗的價值應(yīng)該體現(xiàn)在你建造的東西上溝通機製，而不是你建造它的方式上」Baldwin說好宣講。這催生了能夠運行 BASIC 的 OT-2——DNA-BOT。

（從左到右）Matt Haines和Geoff Baldwin正在思考他們的DNA-Bot。圖片來源：帝國學(xué)院

當(dāng)被問及運行 DNA-BOT 的優(yōu)勢時新產品，Haines 說去完善，「首先是性價比￠L遠所需！?然後，他也強調(diào)了該方法的效率和準確性讓人糾結。 “我們在每個案例中都獲得了 88 個組件的構(gòu)造規模，再高效的同時實現(xiàn)了高精度，”他說：“這是非標準化的方式難以實現(xiàn)的基石之一÷搫?！?/p>

在帝國學(xué)院合成生物學(xué)中心，Baldwin 和他的同事建立了一個由六個 DNA-BOT 組成的實驗室共同努力。 “我們正在嘗試看看碩士生是否可以使用這個平臺構(gòu)建結(jié)構(gòu)組成部分，”Storch 說。

研究生正在設(shè)置帝國學(xué)院生物鑄造廠新的動力。圖片來源：倫敦帝國學(xué)院

無論這些學(xué)生的試驗結(jié)果如何的過程中，Baldwin 的團隊已經(jīng)知道 DNA-BOT 改變了遊戲規(guī)則。 “我們可以探索的設(shè)計空間是數(shù)百個廣泛關註，甚至數(shù)千個DNA結(jié)構(gòu)促進進步，”Baldwin 說，“而且它可以迅速增加到數(shù)萬個優勢領先∮瓉硇碌钠?！?/p>

正如 Haines 所強調(diào)的，“還有很多可探索的變異性推動並實現”∪觞c！?/p>

增強應(yīng)用程式Baldwin 的團隊看到了更多的工作要做。他們已經(jīng)看到 DNA-BOT 在各種應(yīng)用中發(fā)揮作用優化程度，包括研究現(xiàn)有的生物合成途徑和創(chuàng)建新的途徑來建造難以製造的化合物積極性。

該團隊將繼續(xù)開發(fā)和調(diào)整 DNA-BOT，並計劃整合 Opentrons Thermocycler取得明顯成效。 “我們想建立一個生態(tài)系統(tǒng)約定管轄，”Baldwin 說。 「創(chuàng)建一個DNA 零件和流程創新的技術，將增強團隊成員的能力發揮。」當(dāng)價格實惠快速增長、易於使用和高效的自動化與先進的合成生物學(xué)工具箱相結(jié)合時開放以來，構(gòu)建DNA 結(jié)構(gòu)的整個行業(yè)將發(fā)生變化，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)中低成本提供了有力支撐、自動化的DNA組裝平臺激發創作。bioRxiv. doi: HTTP://東西.do i.org/10.1101/832139.
2. Storch, M., Casini, A., Mackrow, B., et al. 2015. BASIC: 用於合成生物學(xué)的同態(tài)克隆的新的生物部件組裝標準，為合成生物學(xué)提供準確進一步意見、單層DNA組裝增幅最大， ACS Synth. Biol. 4:781–787.