ROTOR+高通量基因突變篩查工具助力“水平科學(xué)”研究基因相互作用
過(guò)去半個(gè)世紀(jì)的生物知識(shí)積累加深了我們對(duì)生命基本單位——細(xì)胞的理解。這也是日本奈良科學(xué)技術(shù)研究所(NAIST)系統(tǒng)生物學(xué)教授Hirotada Mori博士的團(tuán)隊(duì)正在討論的課題。
細(xì)胞作為生命的基本單位，了解它可以說(shuō)是一項(xiàng)比較簡(jiǎn)單的課題。然而，了解某件事往往比初想象的要復(fù)雜的多，目前研究細(xì)胞整體的方法，是分解單個(gè)部分或通路，并單獨(dú)研究它們。從理論上講，一旦我們完全了解了單個(gè)元素，我們就可以結(jié)合相關(guān)知識(shí)，從整體上了解細(xì)胞。
了解細(xì)胞是生物學(xué)研究面臨的大挑戰(zhàn)之一。單個(gè)細(xì)胞不僅僅是一系列元素和代謝途徑的疊加，而且這些部分組合在一起使細(xì)胞更加復(fù)雜化。當(dāng)觀察單個(gè)途徑時(shí)，很難說(shuō)改變一個(gè)變量會(huì)不會(huì)產(chǎn)生某個(gè)已知的影響。實(shí)際上，細(xì)胞能夠通過(guò)其他途徑來(lái)補(bǔ)償自身的變化，而不能單獨(dú)考慮一個(gè)途徑，這就是計(jì)算模型成功的大障礙之一，因?yàn)槲覀冞�沒(méi)完全掌握細(xì)胞內(nèi)的補(bǔ)償機(jī)制以實(shí)現(xiàn)建模。
在工業(yè)上，通常用細(xì)菌來(lái)生產(chǎn)合成橡膠。利用合成單體比傳統(tǒng)方法有很多優(yōu)勢(shì)，然而，我們對(duì)細(xì)胞的理解仍然處于瓶頸。當(dāng)我們發(fā)展合成生物學(xué)并試圖人為地增加我們想要的產(chǎn)物時(shí)，細(xì)胞也在尋求自身的穩(wěn)定性并作出相應(yīng)反應(yīng)。我們不清楚這會(huì)帶來(lái)什么影響，也許增加目標(biāo)蛋白的產(chǎn)量會(huì)導(dǎo)致新陳代謝的減少，從而減少整體產(chǎn)量。細(xì)胞總是試圖保持自身平衡，只有當(dāng)我們完全了解細(xì)胞，我們才能操縱它們，使之有益。
大腸桿菌(K-12)在營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中共有4377個(gè)基因，其中358個(gè)是已知的必需基因。加深對(duì)必需和非必需基因相互作用的理解是當(dāng)務(wù)之急。利用同源重組對(duì)兩個(gè)菌株進(jìn)行配對(duì)，每個(gè)菌株都含有一個(gè)單基因缺失和一個(gè)抗生素抗性標(biāo)記。創(chuàng)建一個(gè)突變體庫(kù)，每個(gè)突變體都有兩個(gè)基因缺失和兩種抗生素的抗性標(biāo)記。這使得研究可以通過(guò)突變菌株的生長(zhǎng)，來(lái)發(fā)展關(guān)于遺傳網(wǎng)絡(luò)的想法，包括同工酶，補(bǔ)償途徑或旁路途徑的關(guān)系等，這就需要基因突變篩查的關(guān)鍵工具之一：ROTOR+。
通過(guò)使用ROTOR+，研究小組每天能夠生產(chǎn)數(shù)千個(gè)突變體，并研究各種條件和碳源。如果要徹底測(cè)試每一種組合估計(jì)需要10年的時(shí)間。但存在一個(gè)擔(dān)憂是，許多研究人員都是獨(dú)立工作的，這些研究人員可能同時(shí)也在研究同一領(lǐng)域，這可能被視為時(shí)間和資源的浪費(fèi)，這種現(xiàn)象也被稱為“垂直科學(xué)”。Mori團(tuán)隊(duì)的研究是“水平科學(xué)”，使用ROTOR+的高通量技術(shù)(HTP)，他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)多個(gè)研究線索生成大量數(shù)據(jù)。而垂直科學(xué)家和水平科學(xué)家可能不知道他們產(chǎn)生了相同的數(shù)據(jù)，從而沒(méi)有利用彼此資源。研究人員應(yīng)該通過(guò)合作交流他們的想法，并與其他研究人員建立關(guān)系，以避免未分析數(shù)據(jù)的積累。
莫里博士的研究小組仍然在繼續(xù)研究細(xì)胞通路，加深我們對(duì)生物學(xué)基本核心——細(xì)胞的理解。他認(rèn)為ROTOR+的高通量處理能力是非常高效的研究手段。
ROTOR+是世界上速度快、功能強(qiáng)大的菌落自動(dòng)化操作工作臺(tái)，可在96、384、1536、6144密度下，對(duì)酵母、真菌、細(xì)菌及藻類的菌落進(jìn)行高通量篩選與陣列重排；用ROTOR的6144密度的RePads針板 ，可在20秒內(nèi)，將整個(gè)酵母缺失突變體庫(kù)復(fù)制4次；可進(jìn)行高通量酵母雙雜交、遺傳合成陣列（Synthetic Genetic Array）、表型或化學(xué)遺傳分析。
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挑菌/接種/復(fù)制
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