“我們認為,我們正在進行的以過程為導向、以模型為驅動的實驗,可以更好地理解酵母中的細胞分裂,對未來是有幫助的。為幫助其他研究人員在其他項目中采用高通量方法提供了指導原則。”
—— Peccoud
2020年5月26日,一個來自科羅拉多州立大學的研究小組Virginia Tech和GenoFAB(一家專注于高通量實驗室自動化的云計算公司),完成了一項與酵母細胞生長和分裂相關的基因調控的定量實驗。
這項高通量工業規模的研究,關注36個細胞周期相關基因(從6589個突變體中精心挑選)的630個相互作用,旨在建立一個更*的細胞周期調控數學模型,并以此作為計算機輔助設計大規模生物實驗的依據。在 NPJ (NaturePartner Journals) Systems Biology and Applications上,在線發表了這項工作,大大提高了大規模生物系統研究的數據可重復性。

科學家們關注酵母的內部工作機制,在了解細胞分裂和生長的調控機制方面取得了顯著進展。與此同時,研究人員努力將“小范圍深挖掘”(簡化論)與“廣撒網”(系統生物學)的方法結合起來。為此,研究人員使用了數學建模,但一直受到數據稀缺、數據質量差和缺乏可重復性的限制。
這種龐大的工作量不得不借助一套儀器和軟件,能夠以一種快速、可靠和高效的方式,進行大規模微生物遺傳學的高通量篩選和復制。Singer Instruments公司很高興支持科羅拉多州立大學使用ROTOR及配套設備進行基因篩選,其中PhenoBooth菌落分析工作站,以及四分體分離解決方案,貫穿該項目的所有階段。

研究人員研究了合成致死雙突變體,這是一種酵母突變體,由于親代細胞和子代細胞的位點存在細小差異,不可避免地會出現表達錯誤,因此嚴重影響細胞繁殖。當攜帶兩種不同基因缺失的可育酵母細胞與能生長和存活的產生雙突變的細胞交配,就會出現合成致死突變。
Levadura生物技術公司的聯合創始人兼科學官Alex Hutagalung評論說:“合成致死從來都不是一個簡單的表型,大規模篩選中的多樣性常常給研究人員和建模者帶來重大挑戰,樂觀的是,用ROTOR高通量篩選工作站完成龐大的工作量給了實驗員更多的時間去思考實驗細節,最重要的是,每個相互作用都是獨立于篩選進行驗證,實驗做的非常嚴密。”

新技術的出現使科學進入了新的發現領域。使用像CRISPR這樣的*技術,意味著可以收集更多的細胞大小的數據,而且數據集將以數量級增加。

Peccoud說:“我們對未來工作的展望是進一步專注于大規模實驗表型,以細化的工作流和數據分析方法,不斷增加數據的可用性。未來實驗生物學的新數據量宏大,我們不可能一直測試,但應該有可能基于一些挑戰性的場景,比如這里描述的合成致命雜交,來開發計算機輔助實驗”。該團隊后期將會把這項工作擴展到多種基因的相互作用中去。