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获胜的 iGEM 团队使用 Opentrons 为基因工程创建了 3 倍更快的底盘

今年的 iGEM Giant Jamboree为高年级组的大奖获奖团队Team Marburg 带来了一个现实生活中的科学童话,Team Marburg是一支由 15 名德国硕士生组成的团队,学习传统生物学、分子和细胞生物学、化学、物理、和计算机科学。这个想法最初是在 2017 年的一次会议上诞生的,很大程度上是由实验室自动化领导者Opentrons的 OT-2 移液机器人实现的,最终获得了大奖和一种新的生物工具,可以改变合成生物学家创造新产品的方式。代谢途径、遗传回路和其他 DNA 结构。

获胜的项目? VibriGens,基于一种新的细菌底盘生物:纳特里根弧菌,这是世界上生长最快的细菌,倍增时间仅为 10 分钟或更短(相比之下,黄金标准底盘生物大肠杆菌每半小时翻倍)。该团队致力于建立用V. natriegens进行克隆、蛋白质表达和蛋白质相互作用研究的方案,并建立了一组针对每种应用进行优化的菌株(任何研究人员都可以向团队发送电子邮件索取)。他们还创建了“ Marburg Collection”是一个基于金门的克隆工具箱,使研究人员能够将任何质粒复制起点、抗生素抗性和他们想要的目标基因结合起来,从而无需依赖载体。虽然克隆工具箱最初是针对V. natriegens创建的,但该团队最终将其设计为普遍适用于许多不同的宿主生物。与他们的优化菌株一样,马尔堡菌株也将提供给研究人员。

很久以前……一个想法诞生了

V. natriegens的选择并非偶然。该团队首次听说这种生物体是在 2017 年德国合成生物学协会在马尔堡举行的一次会议上。其中一位演讲者正在介绍V. natriegens,当团队不仅了解到它的生长速度有多快,而且还知道没有人真正使用这种生物体时,他们开始考虑使用它来帮助合成生物学界。 ,它是一种从未在 iGEM 比赛中使用过的有机体,所以我们可以实现一个新的东西——它确实可以帮助很多人。因为在合成生物学的每个领域,你都需要一个有机体来构建你的结构。因此,我们将有一个影响每个人的项目,因此我们认为建立它对我们来说可能是件好事。”团队成员 Daniel Marchal 解释道。由于它生活在盐水中,V. natriegens也能耐受比E更高水平的盐分。 . 大肠杆菌,使其更适用于一些需要更高盐含量的环境应用(例如,优化海洋中塑料的细菌降解)。团队成员 Rene Inckemann 表示,由于大多数生物体不能耐受高盐水平,因此使用V. natriegens 的实验方案也不太可能受到污染,这在以高纯度 DNA 或蛋白质为最终目标时至关重要。面向市场的产品设计也是团队强调的内容。因克曼喜欢用抗疟药抗霉素来举例。

“抗霉素的开发花了大约七年时间。试想一下,如果您使用了弧菌,我们可以加快这些过程,即开发时间吗?”他问道。他还认为弧菌是合成生物学家研究蛋白质进化、工程蛋白质和酶或设计遗传电路的有用工具。基本上,通过使用世界上生长最快的生物体可以提高开发各种部件的速度,这对于合成生物学来说是一件好事。随着越来越多的研究小组、公司和其他组织努力加速合成生物学的各个方面随着研究的不断深入,合成生物学堆栈(生物试剂、流程执行工具和生物 CAD/CAM 工具的分层集成,以促进快速产品设计和开发)正在不断发展。马尔堡团队实质上在合成生物学堆栈的生物学层创建了一种新工具,正在顺利实现让世界各地的合成生物学家更快、更轻松地进行科学研究的目标。自动化在帮助他们实现这一目标方面发挥了关键作用。

通过自动化使项目成为可能

“当你想到在一天或 12 小时内进行克隆时——我们所提议的,很多人会说这对于在日常工作流程中实施来说太过分了。我们在项目的早期就得到了这样的回应,”因克曼说。 “所以我们考虑了实验室自动化以及如何尽早实现这一目标。”该团队向多家实验室自动化公司提交了提案,以获得对其项目的自动化支持。 Opentrons 就是其中一家公司。“我们在两周内收到了 77 份提案”,Opentrons 的科学发展总监克里斯汀·埃利斯 (Kristin Ellis) 说,该公司发现很难从收到的所有优秀提交材料中仅选择十个团队。但选择马尔堡团队是“理所当然的”。“我对他们的提议感到震惊,”埃利斯说。她尤其被他们将细菌转化时间从几天缩短到 12 小时的愿景所吸引——许多其他人对同样的愿景表示怀疑。

埃利斯还赞赏马尔堡团队提出的iGEM 实验室间研究,他们计划通过该研究与其他 iGEM 团队分享V. natriegens及其方案,以了解细菌在其他实验室中的行为方式。这是 Opentrons 的一个特别重要的组成部分,它强调并支持开源、协作和可重复的科学。因为在提案到期时 OT-2 甚至还没有发布(它于 3 月份宣布并于 6 月份发布) ),马尔堡团队和其他九个获得 OT-2 的 iGEM 团队是世界上第一批使用机器人(可以说是豚鼠)来生产全新产品的人。实验室自动化方面的经验——我们中的一些人学过几门大学课程,但没有真正的经验,”因克曼说。 “但事实证明,使用 OT-2 非常容易。

”事实上,他们的第一个方案(在 96 孔板中复制菌株)仅一天就在 OT-2 上建立并运行。至关重要的是,有了 OT-2,团队就可以将时间花在设计和构思项目上,而机器人则为他们运行实验,从而节省了数月的人力时间,并使团队能够在夏天完成项目。团队甚至有时间在 OT-2 软件之上构建自己的工具——Opentrons 鼓励所有用户这样做。马尔堡团队构建了一个易于使用的界面,允许用户从马尔堡工具箱中提供的 8 个组件或“工具”中进行选择。一旦他们做出选择,机器人就知道如何处理每个组件,无需任何进一步的输入即可构建用户的定制质粒。

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