帝國學院使用 OT-2 建構自動化DNA組裝平台

如何利用BASIC和Opentrons OT-2建構了一個用於合成生物學的準確、高性價比、自動化的DNA組裝平台。

為了更深入、更快速地探索生物學，科學家需要簡單有效的方法來建構 DNA 結構。

「為了更有效地開發新的生物系統，我們正在嘗試將工程方法應用於生物學。」帝國理工學院合成生物學中心的共同主任Geoff Baldwin 說：「從過往的經驗來看，製造新的DNA結構是個漫長的過程，通常需要兩到三個月的時間－而且中途有可能失敗。 以及倫敦生物鑄造廠自動化主管博士後研究員 Matt Haines 一起開發一個可以更輕鬆、更快速構建DNA的工具。

（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。圖片來源：帝國學院

我們已經做了一些工具上的改進。 “今天，我們有更好的工具，”Baldwin說，“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，這是一種更有效的方式。”

“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，這是一種更有效的方式。”

進入基礎知識在開啟自動化專案之前，Storch、Baldwin 和其他同事開發了 BASIC，主要用於冪等克隆的生物部件組裝標準化。在某種程度上，BASIC 促使研究人員以新的方式思考建構 DNA 結構。 “它提供了出色的可操作性，”Baldwin說：“一旦你接受了標準化方法，就會有大程度的思考自由，你不再需要考慮單個序列、重疊、PCR 等的細節。”

在某種程度上，BASIC 促使研究人員以新的方式思考建構DNA構建體。 「它提供了極好的可操作性，」Baldwin說。 “一旦你接受了標準化的方法，就會有更大的自考自由度——你不再需要考慮單序列、重疊、PCR等的細節。”

因此，透過 BASIC，科學家將注意力從如何建構 DNA 轉移到了思考系統的行為。此外，BASIC 產生的DNA 建構非常精確。 「你有信心，合成的 DNA就是你想要的，」Baldwin說。

透過 BASIC，科學家將注意力從如何建構 DNA 轉移到了思考系統的行為上，同時產生非常精確的DNA建構。

除了提高準確度外，BASIC 還簡化了建構 DNA 的過程。 「它提供了更簡單的方法來實現 DNA 構建，」Storch說。 「你得到的是開箱即用的零件和連接器，而且不需要進行故障排除。」然後，科學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構。

Baldwin 將其與電腦的演化進行比較。幾十年前，建造電腦的人需要了解晶體管和邏輯閘。 「如今，您不必擔心計算的物理原理，因為您可以直接從盒子裡拿出組件，」他說。 “同樣，BASIC 讓用戶能夠享受與DNA 類似的抽象層次。”

不過，想要充分利用 BASIC，還需要實驗室自動化。

添加Opentrons「當Opentrons 推出OT-2時，Opentrons的開源理念確實與我們對基於連結器的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。

因此，開源BASIC 技術（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該體現在你建造的東西上，而不是你建造它的方式上」Baldwin說。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：帝國學院

當被問及運行 DNA-BOT 的優勢時，Haines 說，「首先是性價比。」 然後，他也強調了該方法的效率和準確性。 “我們在每個案例中都獲得了 88 個組件的構造，再高效的同時實現了高精度，”他說：“這是非標準化的方式難以實現的。”

在帝國學院合成生物學中心，Baldwin 和他的同事建立了一個由六個 DNA-BOT 組成的實驗室。 “我們正在嘗試看看碩士生是否可以使用這個平台構建結構，”Storch 說。

研究生正在設置帝國學院生物鑄造廠。圖片來源：倫敦帝國學院

無論這些學生的試驗結果如何，Baldwin 的團隊已經知道 DNA-BOT 改變了遊戲規則。 “我們可以探索的設計空間是數百個，甚至數千個DNA結構，”Baldwin 說，“而且它可以迅速增加到數萬個。”

正如 Haines 所強調的，“還有很多可探索的變異性。”

增強應用程式Baldwin 的團隊看到了更多的工作要做。他們已經看到 DNA-BOT 在各種應用中發揮作用，包括研究現有的生物合成途徑和創建新的途徑來建造難以製造的化合物。

該團隊將繼續開發和調整 DNA-BOT，並計劃整合 Opentrons Thermocycler。 “我們想建立一個生態系統，”Baldwin 說。 「創建一個DNA 零件和流程，將增強團隊成員的能力。」當價格實惠、易於使用和高效的自動化與先進的合成生物學工具箱相結合時，構建DNA 結構的整個行業將發生變化，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: 合成生物学中低成本、自动化的DNA组装平台。bioRxiv. doi: HTTP://東西.do i.org/10.1101/832139.
2. Storch, M., Casini, A., Mackrow, B., et al. 2015. BASIC: 用於合成生物學的同態克隆的新的生物部件組裝標準，為合成生物學提供準確、單層DNA組裝， ACS Synth. Biol. 4:781–787.