Automatisation de la biologie de synthèse : cinq conseils pour améliorer votre processus de clonage moléculaire

L’une des plus grandes préoccupations mondiales est notre utilisation excessive des ressources et son impact indéniable sur l’environnement. En particulier, les procédés de fabrication nécessitent d’énormes quantités d’énergie dérivées de combustibles fossiles tels que le pétrole et le gaz, dont la disponibilité et le prix diminuent, ce qui les rend non durables. En repensant les fonctions des micro-organismes, les chercheurs ont commencé à générer avec succès des produits alimentaires, textiles et biopharmaceutiques qui consomment beaucoup moins de ressources pendant leur processus de fabrication. Si vous avez déjà mangé l’Impossible Burger vendu chez Burger King, vous avez pris un morceau d’un produit alimentaire d’ingénierie. Ce goût de viande distinct est un produit du clonage moléculaire, qui fait partie intégrante de la biologie de synthèse. Pour obtenir le bon ensemble de caractéristiques (p. ex., goût et texture), les fabricants isolent et introduisent des fragments d’ADN dans des souches microbiennes pour la production de protéines de masse.

Ce goût de viande distinct [dans un hamburger impossible par exemple] est un produit du clonage moléculaire, qui fait partie intégrante de la biologie de synthèse.

Aujourd’hui, nous voyons les avantages des méthodes de biologie de synthèse prendre de l’ampleur dans diverses industries. Avec une demande croissante de produits synthétiques dérivés de la biologie réinventée, des méthodes rapides et précises pour l’ingénierie de souches microbiennes haut débit et le clonage moléculaire sont devenues nécessaires. Malheureusement, les flux de travail manuels en biologie de synthèse sont toujours laborieux, fastidieux et sujets à l’erreur humaine.

Cet article résume les goulots d’étranglement courants dans les flux de travail de biologie de synthèse et la manière dont l’automatisation peut surmonter ces défis pour augmenter le débit et le temps de travail sans surveillance.

1. De la sélection manuelle à la sélection automatisée à l’aide d’un système de sélection de colonies haut débit

Une fois que les gènes d’intérêt sont amplifiés, assemblés en vecteurs et transformés en microbes, vous devez cribler les colonies pour plusieurs caractéristiques, de la taille à l’intensité de la fluorescence. Cette opération manuelle avec des pointes de pipette, des cure-dents ou des boucles d’inoculation peut provoquer des stries inégales, en particulier lorsque l’objectif est un débit élevé. Cela entrave l’analyse ultérieure de vos colonies.

https://share.vidyard.com/watch/7CVJQJdjp6r1ipoj4rdFon

Un système de sélection de colonies automatisé peut vous éviter les problèmes de sélection manuelle. Par exemple, le système de repiquage de colonies microbiennes QPix est un outil utile pour repiquer et inoculer rapidement des colonies dans des blocs à puits profonds avec un milieu de croissance. Si c’est votre première tentative d’automatisation de la sélection de colonies, vous pouvez opter pour un système de sélection de colonies d’entrée de gamme, tel que le 420 système QPix, qui permet une configuration rapide pour la sélection automatique de plaques à 12 96 puits jusqu’à. Cela se traduit par jusqu’à 3000 colonies criblées par heure. Comme cela nécessite un minimum d’intervention, vous réduisez le risque d’erreurs humaines et de contamination croisée tout en laissant à votre équipe un temps supplémentaire pour effectuer plusieurs tâches.

Graphique de distribution du débit et de la main-d’œuvre

2. Intégrez des dispositifs de laboratoire pour un flux de travail de clonage moléculaire entièrement automatisé

Même si le pipetage manuel peut être pratique pour le transfert de liquide dans des applications à petite échelle, il est impossible de traiter des centaines d’échantillons. Au lieu de cela, vous pouvez intégrer le pipetage automatisé dans votre flux de travail de clonage moléculaire pour la préparation de l’ADN, puis réaliser la transformation par choc thermique des microbes avec des plasmides d’ADN en utilisant des thermocycleurs sur le pont.

L’intégration de bras robotisés est la méthode la plus courante pour l’intégration automatisée de plusieurs instruments qui acceptent les formats de microplaques de titre standard tels que les plaques d’empreinte SBS à puits profonds et standard sans déplacer un muscle. Plus important encore, l’automatisation robotisée peut être ajustée pour cribler et sélectionner des colonies avec des caractéristiques favorables, ce qui accélère l’isolation des colonies touchées qui peut être validée à l’aide de nos lecteurs de plaques multi-tests.

https://share.vidyard.com/watch/sLysxREbQ2b8NNX1Mp1L8a

Avant d’intégrer un bras robotisé dans votre conception expérimentale, vous devez vous assurer qu’il est 15066 conforme à la norme ISO.

3. Réduction de la contamination croisée

La contamination croisée est un facteur de risque important qui peut survenir à plusieurs occasions, comme une boucle non stérile, une chute du couvercle ou un déblocage trop long de la plaque. Cela peut invalider vos résultats et affecter négativement leur reproductibilité, ce qui signifie que vous ne pouvez pas les comparer avec les résultats d’autres laboratoires de recherche ou de cycles précédents de clonage.

Éviter la contamination croisée pendant les processus de clonage moléculaire nécessite des pratiques d’hygiène méticuleuses. Vous pouvez allumer la boucle ou utiliser des boucles jetables, mais aucune n’est une solution pratique pour les stries à haut débit.

La stérilisation est un autre aspect du clonage moléculaire qui peut bénéficier de l’automatisation. Grâce aux systèmes automatisés de sélection de colonies, vous pouvez trouver des outils de stérilisation intégrés nécessitant un minimum d’intervention humaine. Par exemple, les systèmes de repiquage de colonies microbiennes QPix contiennent des bains de lavage et une stérilisation à la chaleur halogène pour éliminer la contamination croisée entre les pointes.

Anatomie d’un système QPix NULL

4. Polyvalence pour le criblage de colonies

Un autre défi dans les flux de travail de sélection de colonies est le criblage efficace des colonies les plus performantes. L’utilisateur choisit généralement ses meilleures colonies en fonction de paramètres personnalisés et de son expérience en sélection manuelle, qui est souvent très subjective. Le problème survient si un grand nombre de colonies doivent être criblées. Même si la préparation des échantillons et l’ensemencement sont automatisés, le système de sélection de colonies doit encore apprendre quelles caractéristiques rechercher dans une colonie avant la sélection de colonies.

Les systèmes automatisés de repiquage de colonies, tels que le 420 système QPix, sont avantageux car le logiciel est conçu pour isoler rapidement les colonies en fonction de paramètres tels que la forme, la taille, la proximité et l’intensité de la fluorescence. En outre, vous pouvez cribler les colonies selon plusieurs modalités de sélection, notamment l’intensité de la fluorescence, le criblage bleu/blanc et la zone d’inhibition.

Le 420 système QPix offre la polyvalence requise pour une sélection précise des colonies. Par exemple, vous pouvez ajuster les paramètres pour corriger le creux afin de sélectionner les colonies qui semblent creuses au centre, malgré les niveaux d’expression et les caractéristiques souhaités.

système de sélection automatisé de colonies

Le 420 système QPix est capable de réaliser une imagerie dans quatre canaux de fluorescence différents, ce qui vous permet potentiellement de surveiller quatre expressions de protéines marquées par fluorescence différentes dans le même organisme.

L’avantage de l’utilisation de la sélection automatisée des colonies est la possibilité de répliquer votre plaque maître. Vous pouvez analyser vos clones sur des sous-plaques nouvellement générées tout en conservant la plaque principale pour un repiquage de colonies ultérieur.

5. Gestion des données dans les flux de travail de biologie de synthèse

La collecte manuelle des données peut être fastidieuse dans les flux de travail de biologie de synthèse, en particulier lorsque les données sont recueillies sur plusieurs instruments. Cela crée des heures d’ETP supplémentaires, de la fatigue et un risque plus élevé de perte de données.

Le 420 système QPix peut faciliter la collecte et le stockage des données. La tête de l’actionneur contient une caméra haute résolution intégrée et un lecteur de code-barres pour une traçabilité fiable des données. Les données d’images sont enregistrées dans la base de données intégrée avec une piste d’audit étendue et des options de suivi des échantillons. En fonction de la lecture du code-barres, le logiciel QPix peut être utilisé pour suivre les informations sur une colonie, telles que son emplacement dans les plaques source et de destination, ainsi que la date et l’heure de sélection. Vous avez également la possibilité de personnaliser les étiquettes pour les échantillons importants et de regrouper vos colonies en fonction de leurs traits morphologiques.
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Gestion de la bibliothèque Qpix

Les données recueillies à partir de notre système automatisé de sélection de colonies, ainsi que les données recueillies à partir de plusieurs instruments sur une cellule de travail de biologie de synthèse, sont facilement exportées dans des formats largement acceptés dans votre système de gestion des informations de laboratoire préféré.

En savoir plus sur les processus automatisés de biologie de synthèse

L’automatisation de la biologie de synthèse, en particulier le clonage moléculaire, vous permet non seulement d’économiser beaucoup de temps et d’argent, mais aussi d’augmenter la précision de vos résultats. Si vous souhaitez en savoir plus sur les bases des flux de travail automatisés de biologie de synthèse, vous pouvez vous inscrire à notre webinaire récent de Dwayne E. Carter, PHD, Chercheur en applications sur le terrain BioPharma. Dans ce webinaire, vous trouverez des illustrations et des diagrammes de chaque étape impliquée dans l’automatisation avec des exemples concrets.

Procédés automatisés de biologie de synthèse
https://main--moleculardevices--hlxsites.hlx.page/en/assets/tutorials-videos/bpd/tips-to-automating-molecular-cloning-and-strain-engineering-applications

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