一小时挑取1000株菌？ROTOR/PIXL组合引领实验室自动化操作的变革！

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分享： 2021/11/17 16:14:35

莱茵衣藻作为单细胞真核绿藻,具有生长周期短,实验操作简便,只具有一个较大的叶绿体,易获得各种突变体等优点,是国际上用于研究植物细胞分子生物学和光合作用遗传的理想模式材料。莱茵衣藻的遗传转化为获得大量突变体,并分离导致突变的基因以及研究其功能等提供了很有效的手段。

近日，Kyle Lauersen教授领导的阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)生物与环境科学学院(BESE)合成生物学组(SSB)开展了一项通过基因工程和过程设计，开发资源高效的生物工艺。

在整个实验研究中，SINGER的高通量菌落筛选工作站ROTOR和高精度菌落挑取工作站PIXL发挥着至关重要的作用。

Kyle教授的实验室致力于合成生物学在光合生物中的应用，其主要工作对象是一种细胞壁缺陷的绿色真核藻类——莱茵衣藻。绿藻是通过光合作用生长的神奇生物，这意味着它们利用(太阳光)作为能量，并捕获二氧化碳作为碳源。

通过将植物和真菌等其他生物的途径引入藻类，可以定制藻类的新陈代谢，从而产生非天然化合物。一旦引入成功，这些途径就会改变天然代谢途径，全部从二氧化碳产生感兴趣的产物。

尽管自20世纪40年代以来，这种绿藻一直在实验室里培育，但它有着复杂的基因。自2015年以来，Kyle团队就已经知道如何利用生物体的天然基因调节机制可靠地表达其核基因组中的转基因。然而，改造藻类是一个数字游戏，因为DNA随机地整合到基因组中，导致整个转化细胞群体的一系列表达，所以需要筛选成百上千个转化株来寻找符合要求的目标株。

原始的工作流程是用牙签手工挑取转化的菌落。可以想象，这是一个非常乏味的过程，当有20种不同的质粒要尝试时，研究组的每个学生手动挑选成百上千个菌落，可能需要连续多天不停的工作。

高精度菌落挑取工作站PIXL直接将通量提高了8倍以上。除此之外，由机器人点种的标准化菌落阵列在质量和可重复性上都远远优于手工操作，机器比人工可以在单位面积上接种更多的菌落，因此可以在相同的面积上得到更多的菌落，这样能够减少培养基的使用。手工做的最大限度是每个13×13厘米平板接种144个菌落，而PIXL可以轻松地把384个菌落接种在小矩形板上，1000多个菌落只需一小时就能完成！！

藻类菌落不是通过简单的冷冻来储存的，而是把文库保存在琼脂板上，每两周或每个月转接一次。高通量菌落筛选工作站ROTOR可以快速、无菌、可靠的在琼脂间转接和保存菌落。

这项实验的另一个流程是使用PCR板作为背景，将菌落从一个琼脂板转移到另一个琼脂板，这显然有其局限性，一方面是有可能人为失误，另一方面是单次只能转移96个菌落。而ROTOR消除了转接过程中所有的人工误差，同时可以实现更高密度的菌落转移，也可以用长针快速接种至96/384孔液体平板。标准化还使我们能够加快分析琼脂平板上的菌落特征。

Kyle团队的实验取得了阶段性的成果，也对这两款仪器的评价很高。Kyle说：“ROTOR和PIXL已经在实验室里运行了6个月，它们的组合，在通量和重现性方面将引领实验室自动化操作的变革。”