DIYバイオDX:タンパク質分子進化工学の自律化による「誰でもバイオDX」の実証

DIY Bio DX：通过自主蛋白质分子进化工程演示“Anyone Bio DX”

基本信息

批准号：
22K06195
负责人：
堀之内貴明
金额：
$ 2.58万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、安価な実験室自動化システムの構築によるラボオートメーションの普及と研究開発の加速への貢献を目的とし、そのPoCとしてロボットAI駆動のタンパク質機能改変を行う。具体的にはSaito et al., 2018 (doi.org/10.1021/acssynbio.8b00155)をベースとし、蛍光タンパク質GFPの蛍光を黄色へと変化させるような機能改変を行う。研究を以下の3つの小課題「① 変異導入とセレクションによるタンパク質機能改変系の構築」、「② DIYロボティクスによるタンパク質機能改変実験の自動化」、「③ DIYロボティクスとAIによる自律的タンパク質機能改変」に分け、順次執り行っている。本年度は小課題①の実験系の構築が完了した。さらに小課題②に向け、自動化に適した操作への実験系の改変にも成功した。具体的には変異体ライブラリの構築手法としてIn-Fusionクローニングを導入することで反応ステップを削減できた。また蛍光タンパク質のスペクトル強度比の評価に関し、蛍光測定に用いるフィルターの組み合わせを詳細に検討することにより、大腸菌からタンパク質を抽出せずに評価できる系を構築できたSaito et al., 2018にて公開されている変異導入用プライマー配列を用いて変異体ライブラリの構築や評価実験を行い、改変後の実験プロトコルを用いてタンパク質変異体の作製が可能であることを確認した。小課題②の自動化システムの実装に関して、搬送に用いるロボットアームの選定と調達を行い、マイクロプレートを把持するための治具を製作し、搬送精度の評価系の構築と評価試験を行った（論文準備中）。また、半自動分注機や周辺機器を外部制御により連携させるためのIoT通信システムや駆動ユニットの試作を行い、単体での動作検証を行った。

本研究旨在通过构建廉价的实验室自动化系统，为实验室自动化的普及和研究开发的加速做出贡献，并且作为PoC，我们将进行机器人AI驱动的蛋白质功能修饰。具体来说，基于Saito et al., 2018 (doi.org/10.1021/acssynbio.8b00155)，我们将修改荧光蛋白GFP的功能，使其荧光变为黄色。该研究将分为三个子问题：1.通过突变引入和选择构建蛋白质功能修饰系统；2.利用DIY机器人技术实现蛋白质功能修饰实验的自动化；3.利用DIY机器人和人工智能进行自主蛋白质功能修饰。它们是分开并按顺序进行的。今年，子问题①实验系统建设完成。此外，对于子问题2，我们成功地修改了实验系统，使其适合自动化。具体来说，我们通过引入 In-Fusion 克隆作为构建突变体文库的方法，能够减少反应步骤的数量。此外，关于荧光蛋白的光谱强度比的评估，通过仔细考虑用于荧光测量的滤光片的组合，我们能够构建一个无需从大肠杆菌中提取蛋白质即可进行评估的系统。发表于 Saito 等al., 2018。我们构建了突变体库，并使用先前开发的用于突变引入的引物序列进行了评估实验，并证实可以使用修改后的实验方案创建蛋白质突变体。关于子挑战②的自动化系统的实施，我们选择并采购了用于运输的机械臂，制造了用于夹持微孔板的夹具，并构建并进行了运输精度的评估测试（准备中）。。此外，我们还制作了物联网通信系统和驱动单元原型，通过外部控制连接半自动点胶机和外围设备，并验证其独立运行。