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
過去半個世紀(jì)的生物知識積累加深了我們對生命基本單位——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，了解它可以說是一項比較簡單的課題。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，是分解單個部分或通路，并單獨研究它們。從理論上講，一旦我們完全了解了單個元素，我們就可以結(jié)合相關(guān)知識，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)觀察單個途徑時，很難說改變一個變量會不會產(chǎn)生某個已知的影響。實際上，細(xì)胞能夠通過其他途徑來補(bǔ)償自身的變化，而不能單獨考慮一個途徑，這就是計算模型成功的大障礙之一，因為我們還沒完全掌握細(xì)胞內(nèi)的補(bǔ)償機(jī)制以實現(xiàn)建模。
在工業(yè)上，通常用細(xì)菌來生產(chǎn)合成橡膠。利用合成單體比傳統(tǒng)方法有很多優(yōu)勢，然而，我們對細(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，細(xì)胞也在尋求自身的穩(wěn)定性并作出相應(yīng)反應(yīng)。我們不清楚這會帶來什么影響，也許增加目標(biāo)蛋白的產(chǎn)量會導(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)在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中共有4377個基因，其中358個是已知的必需基因。加深對必需和非必需基因相互作用的理解是當(dāng)務(wù)之急。利用同源重組對兩個菌株進(jìn)行配對，每個菌株都含有一個單基因缺失和一個抗生素抗性標(biāo)記。創(chuàng)建一個突變體庫，每個突變體都有兩個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突變菌株的生長，來發(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+。
通過使用ROTOR+，研究小組每天能夠生產(chǎn)數(shù)千個突變體，并研究各種條件和碳源。如果要徹底測試每一種組合估計需要10年的時間。但存在一個擔(dān)憂是，許多研究人員都是獨立工作的，這些研究人員可能同時也在研究同一領(lǐng)域，這可能被視為時間和資源的浪費，這種現(xiàn)象也被稱為“垂直科學(xué)”。Mori團(tuán)隊的研究是“水平科學(xué)”，使用ROTOR+的高通量技術(shù)(HTP)，他的團(tuán)隊通過多個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)，從而沒有利用彼此資源。研究人員應(yīng)該通過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)大的菌落自動化操作工作臺，可在96、384、1536、6144密度下，對酵母、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)，將整個酵母缺失突變體庫復(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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