如何利用BASIC和Opentrons OT-2建構(gòu)了一個(gè)用於合成生物學(xué)的準(zhǔn)確效高化、高性?xún)r(jià)比、自動(dòng)化的DNA組裝平臺(tái)。

為了更深入國際要求、更快速地探索生物學(xué)深度，科學(xué)家需要簡(jiǎn)單有效的方法來(lái)建構(gòu) DNA 結(jié)構(gòu)。

「為了更有效地開(kāi)發(fā)新的生物系統(tǒng)提升，我們正在嘗試將工程方法應(yīng)用於生物學(xué)研究成果。」帝國(guó)理工學(xué)院合成生物學(xué)中心的共同主任Geoff Baldwin 說(shuō)：「從過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看實現了超越，製造新的DNA結(jié)構(gòu)是個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程新產品，通常需要兩到三個(gè)月的時(shí)間－而且中途有可能失敗。 以及倫敦生物鑄造廠(chǎng)自動(dòng)化主管博士後研究員 Matt Haines 一起開(kāi)發(fā)一個(gè)可以更輕鬆橋梁作用、更快速構(gòu)建DNA的工具推進高水平。

（從左到右）Matt Haines和Geoff Baldwin在他們的實(shí)驗(yàn)室裡，與OT-2液體處理實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人在一起拓展應用。圖片來(lái)源：帝國(guó)學(xué)院

我們已經(jīng)做了一些工具上的改進(jìn)生產創效。 “今天，我們有更好的工具管理，”Baldwin說(shuō)優化上下，“就像你建造宜家家具的方式一樣，你可以用標(biāo)準(zhǔn)零件建造一個(gè)生物系統(tǒng)模樣，這是一種更有效的方式生產體系。”

“就像你建造宜家家具的方式一樣很重要，你可以用標(biāo)準(zhǔn)零件建造一個(gè)生物系統(tǒng)能力和水平，這是一種更有效的方式‘惓顩r！?/p>

進(jìn)入基礎(chǔ)知識(shí)在開(kāi)啟自動(dòng)化專(zhuān)案之前研究，Storch、Baldwin 和其他同事開(kāi)發(fā)了 BASIC應用創新，主要用於冪等克隆的生物部件組裝標(biāo)準(zhǔn)化提高。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)的特性。 “它提供了出色的可操作性交流，”Baldwin說(shuō)：“一旦你接受了標(biāo)準(zhǔn)化方法，就會(huì)有大程度的思考自由提供堅實支撐，你不再需要考慮單個(gè)序列形勢、重疊、PCR 等的細(xì)節(jié)取得明顯成效〖s定管轄！?/p>

在某種程度上核心技術體系，BASIC 促使研究人員以新的方式思考建構(gòu)DNA構(gòu)建體重要工具。 「它提供了極好的可操作性，」Baldwin說(shuō)的可能性。 “一旦你接受了標(biāo)準(zhǔn)化的方法，就會(huì)有更大的自考自由度——你不再需要考慮單序列長足發展、重疊今年、PCR等的細(xì)節(jié)〗Y構不合理！?/p>

因此動手能力，透過(guò) BASIC，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)的行為意見征詢。此外提升，BASIC 產(chǎn)生的DNA 建構(gòu)非常精確。 「你有信心的必然要求，合成的 DNA就是你想要的研究成果，」Baldwin說(shuō)。

透過(guò) BASIC完善好，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)的行為上大面積，同時(shí)產(chǎn)生非常精確的DNA建構(gòu)。

除了提高準(zhǔn)確度外問題分析，BASIC 還簡(jiǎn)化了建構(gòu) DNA 的過(guò)程培養。 「它提供了更簡(jiǎn)單的方法來(lái)實(shí)現(xiàn) DNA 構(gòu)建，」Storch說(shuō)更加完善。 「你得到的是開(kāi)箱即用的零件和連接器形式，而且不需要進(jìn)行故障排除≈巫饔?！谷会崛諠u深入，科學(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)建造一個(gè)結(jié)構(gòu)。

Baldwin 將其與電腦的演化進(jìn)行比較大力發展。幾十年前豐富內涵，建造電腦的人需要了解晶體管和邏輯閘生產效率。 「如今建言直達，您不必?fù)?dān)心計(jì)算的物理原理，因?yàn)槟梢灾苯訌暮凶友e拿出組件將進一步，」他說(shuō)充分發揮。 “同樣，BASIC 讓用戶(hù)能夠享受與DNA 類(lèi)似的抽象層次成就≈匾绞?！?/p>

不過(guò)，想要充分利用 BASIC系統，還需要實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化非常重要。

添加Opentrons「當(dāng)Opentrons 推出OT-2時(shí)，Opentrons的開(kāi)源理念確實(shí)與我們對(duì)基於連結(jié)器的DNA 組裝專(zhuān)案的看法不謀而合空間廣闊，」Storch 說(shuō)：「磁性模組和溫控模組提供了我們需要的功能營造一處。

因此改革創新，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。 「我們相信實(shí)驗(yàn)的價(jià)值應(yīng)該體現(xiàn)在你建造的東西上取得顯著成效，而不是你建造它的方式上」Baldwin說(shuō)新模式。這催生了能夠運(yùn)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不容忽視。圖片來(lái)源：帝國(guó)學(xué)院

當(dāng)被問(wèn)及運(yùn)行 DNA-BOT 的優(yōu)勢(shì)時(shí)組織了，Haines 說(shuō)，「首先是性?xún)r(jià)比說服力屪C遇！?然後，他也強(qiáng)調(diào)了該方法的效率和準(zhǔn)確性表示。 “我們?cè)诿總€(gè)案例中都獲得了 88 個(gè)組件的構(gòu)造全會精神，再高效的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高精度，”他說(shuō)：“這是非標(biāo)準(zhǔn)化的方式難以實(shí)現(xiàn)的拓展基地。”

在帝國(guó)學(xué)院合成生物學(xué)中心體系流動性，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)室探索創新。 “我們正在嘗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)，”Storch 說(shuō)實現了超越。

研究生正在設(shè)置帝國(guó)學(xué)院生物鑄造廠(chǎng)新產品。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，Baldwin 的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)知道 DNA-BOT 改變了遊戲規(guī)則創新能力。 “我們可以探索的設(shè)計(jì)空間是數(shù)百個(gè)新品技，甚至數(shù)千個(gè)DNA結(jié)構(gòu)紮實做，”Baldwin 說(shuō)至關重要，“而且它可以迅速增加到數(shù)萬(wàn)個(gè)組成部分。”

正如 Haines 所強(qiáng)調(diào)的流動性，“還有很多可探索的變異性f調機製！?/p>

增強(qiáng)應(yīng)用程式Baldwin 的團(tuán)隊(duì)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)揮作用數據，包括研究現(xiàn)有的生物合成途徑和創(chuàng)建新的途徑來(lái)建造難以製造的化合物。

該團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)開(kāi)發(fā)和調(diào)整 DNA-BOT，並計(jì)劃整合 Opentrons Thermocycler供給。 “我們想建立一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)實事求是，”Baldwin 說(shuō)進行探討。 「創(chuàng)建一個(gè)DNA 零件和流程，將增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)成員的能力服務水平∽钚?！巩?dāng)價(jià)格實(shí)惠、易於使用和高效的自動(dòng)化與先進(jìn)的合成生物學(xué)工具箱相結(jié)合時(shí)應用擴展，構(gòu)建DNA 結(jié)構(gòu)的整個(gè)行業(yè)將發(fā)生變化體驗區，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)中低成本活動上、自動(dòng)化的DNA組裝平臺(tái)左右。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(biāo)準(zhǔn)，為合成生物學(xué)提供準(zhǔn)確綜合措施、單層DNA組裝可靠保障， ACS Synth. Biol. 4:781–787.