PlatePlan 和 MANTIS液體處理器結(jié)合，為高效組合篩選提供新思路

將MANTIS®液體處理器與PlatePlan軟件搭配使用，提高了高組合篩選工作流程的效率，從而提供了新的見(jiàn)解。
 
組合篩選是識(shí)別優(yōu)化方案條件的有效方法。它用于并行研究多個(gè)因素，包含旨在評(píng)估少數(shù)參數(shù)如何影響可量化指標(biāo)的相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，比如細(xì)菌生長(zhǎng)，以及極其復(fù)雜的研究，比如留一法 (L1O) 和留二法培養(yǎng)基優(yōu)化。不可避免地，隨著評(píng)估因素?cái)?shù)量的增加，設(shè)計(jì)和進(jìn)行組合篩選變得更具挑戰(zhàn)性。因此，先進(jìn)的軟件系統(tǒng)和液體處理器對(duì)于簡(jiǎn)化組合篩選工作流程和最大程度地降低錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)顯得至關(guān)重要。
 
來(lái)自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員通過(guò)將 MANTIS® 液體處理器整合到已建立的深度表型分析工作流程中，能夠運(yùn)行以前由于需要大量移液操作而無(wú)法實(shí)現(xiàn)的組合篩選。將 Jenssen Lab 編寫的 PlatePlan 軟件與 MANTIS® 配對(duì)，最大限度地縮短了從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到得出結(jié)果之間的時(shí)間。這對(duì)于在加快的時(shí)間范圍內(nèi)執(zhí)行 L1O 和 L2O 實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。反過(guò)來(lái)，提高的工作流程效率提供了對(duì)共享相同代謝網(wǎng)絡(luò)的不同菌株的氨基酸需求的新見(jiàn)解。
 
組合篩選的復(fù)雜性各不相同
 
根據(jù)所涉及的復(fù)雜程度，組合篩選可大致分為兩類。低組合篩選的計(jì)劃和執(zhí)行相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼈冎恍枰�在測(cè)定板的定義孔中添加一些不同的成分。高組合篩選更具挑戰(zhàn)性，通常需要進(jìn)行數(shù)千種不同的移液操作。
 
50 種不同小分子的成對(duì)篩選是低組合篩選的典型示例，向每個(gè)孔添加兩種化合物相當(dāng)于1225 種不同的條件，或 2450 次移液操作。相比之下，具有 50 種不同成分的生長(zhǎng)培養(yǎng)基的 L2O 篩選是高組合篩選；它包括在每個(gè)孔中添加 48 種不同的成分，相當(dāng)于超過(guò)58,000 次移液操作（圖 1）。
   
培養(yǎng)基篩選提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)

復(fù)雜程度并不是剛剛所描述的兩個(gè)示例之間的唯一區(qū)別；所研究材料的性質(zhì)也是一個(gè)重要因素。所提供的小分子通常是以 DMSO 或其他溶劑中的毫摩爾儲(chǔ)備液形式，然后在測(cè)定中稀釋至納摩爾濃度。因此，任何溶劑的影響都可以忽略不計(jì)，無(wú)需為考慮向測(cè)定板添加小分子而減少工作體積。 
 
所提供的培養(yǎng)基成分同樣是以毫摩爾儲(chǔ)備液的形式存在。然而，由于它們通常是幫助細(xì)胞生長(zhǎng)所需的毫摩爾濃度的關(guān)鍵代謝物，因此它們占工作體積的比例要大得多。因此，將它們添加到測(cè)定板會(huì)影響 pH、鹽濃度和其他培養(yǎng)基成分的溶解度，使培養(yǎng)基篩選比篩選小分子更困難（圖2）。
   
MANTIS® 液體處理器改善了深度表型分析工作流程

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員開(kāi)發(fā)了一種內(nèi)部深度表型分析工作流程，用于執(zhí)行各種高通量篩選。在 PlatePlan 軟件的支持和 MANTIS® 液體處理器的加入使用下，這一流程得到改善加強(qiáng)，從而能夠輕松執(zhí)行大規(guī)模組合 L2O 培養(yǎng)基優(yōu)化。
 
簡(jiǎn)而言之，深度表型分析工作流程包括四個(gè)關(guān)鍵步驟：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；計(jì)劃和調(diào)度；實(shí)驗(yàn)執(zhí)行；和原始數(shù)據(jù)處理，如圖3所示。  
要使用深度表型分析工作流程執(zhí)行 L2O 培養(yǎng)基優(yōu)化，用戶首先將儲(chǔ)備溶液的濃度和所需的最終濃度以及工作體積、最大分辨率（最小分配體積）、重復(fù)次數(shù)/對(duì)照、細(xì)菌類型、布局方案、機(jī)器人配置和生長(zhǎng)條件等參數(shù)輸入到 PlatePlan 軟件中 。
 
PlatePlan軟件然后使用這些信息來(lái)進(jìn)行操作計(jì)劃，將儲(chǔ)備溶液濃度轉(zhuǎn)換為體積，并確定哪些試劑將分配到哪些孔中。接下來(lái)，一組技術(shù)人員和液體處理機(jī)器人在收集數(shù)據(jù)并將其提供給最終用戶進(jìn)行分析之前執(zhí)行實(shí)驗(yàn)。
 
在深度表型分析工作流程中，MANTIS®液體處理器的五個(gè)關(guān)鍵特性是其被選擇的關(guān)鍵。
 
首先，非接觸式液體分配可實(shí)現(xiàn)無(wú)污染的液體處理，而且多余的塑料耗材要少得多。每次實(shí)驗(yàn)可節(jié)省數(shù)千個(gè)移液器吸頭，極大地促進(jìn)了更加具有生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益的工作流程。
 
其次，精度對(duì)于在廣泛的體積范圍內(nèi)進(jìn)行如此多次數(shù)的移液操作至關(guān)重要。從任何類型的儲(chǔ)液器中分配離散體積可實(shí)現(xiàn)至少100nl的一致液體處理，沒(méi)有上限。而MANTIS能夠以 3% 的 CV 分配 100nl的溶液。 
 
第三，由于L2O實(shí)驗(yàn)中使用的儲(chǔ)備溶液種類繁多，該系統(tǒng)必須與多種液體類型兼容。MANTIS®液體處理器通過(guò)輕松適應(yīng)不同液體類別的粘度和溶劑濃度，能夠輕松適應(yīng)移液條件。 
 
第四，試劑配料提高了工作流程效率。通過(guò)使用 MANTIS® 大容量芯片更換器 (LC3)，設(shè)置和分配時(shí)間顯著縮短，因?yàn)榭梢灶A(yù)加載多達(dá) 48 種試劑。這大大降低了操作員失誤的風(fēng)險(xiǎn)。
 
   
最后，MANTIS® 液體處理器具有開(kāi)放的 API，可輕松與 PlatePlan 或其他設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)軟件應(yīng)用程序集成。這是避免由于軟件重新配置而導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間延遲的關(guān)鍵所在，并且能夠讓L2O 實(shí)驗(yàn)幾乎即時(shí)運(yùn)行。
 
工作流程效率的提高幫助獲得新的見(jiàn)解
 
自從將 MANTIS® 液體處理器集成到深度表型分析工作流程中以來(lái)，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員每周能夠進(jìn)行大約3,500次培養(yǎng)基生長(zhǎng)測(cè)定，相當(dāng)于大約80,000 次移液操作。這包括在不到 2 周的時(shí)間內(nèi)使用兩種不同的條件對(duì) 4 種不同的細(xì)菌菌株進(jìn)行 L1O 和 L2O 氨基酸實(shí)驗(yàn)。
 
通過(guò)提高工作流程效率，MANTIS®液體處理器使研究人員能夠同時(shí)研究更多的實(shí)驗(yàn)參數(shù)；這反過(guò)來(lái)又揭示了新的見(jiàn)解。例如，通過(guò)快速生成已知在口腔微生物群中共存的四種不同細(xì)菌種類的 L2O 圖譜，研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管共享相同的代謝網(wǎng)絡(luò)，但這些細(xì)菌具有非常不同的氨基酸需求。這可以在圖 5 中看到。
 
   
總結(jié)
生物系統(tǒng)非常復(fù)雜，只有考慮到會(huì)遇到的大量組合因素才能完整地對(duì)其進(jìn)行研究。研究人員使用 PlatePlan 和 MANTIS® 液體處理器實(shí)現(xiàn)深度表型分析等高通量工作流程，能夠輕松、精確地執(zhí)行高組合篩選，例如 L2O 培養(yǎng)基優(yōu)化，并且由于沒(méi)有大量移液器吸頭消耗而節(jié)省了大量成本 。這一工作流程揭示了新的見(jiàn)解，而不會(huì)因?yàn)榭赡軙?huì)因孤立地篩選較少的因素而被遺漏。