PCR 技術(shù)的省時(shí)演進(jìn)

在液體處理器的平臺(tái)上使用和不平臺(tái)上使用自動(dòng)熱循環(huán)儀的區(qū)別在于回收的時(shí)間。如果實(shí)驗(yàn)室里有六個(gè)額外的小時(shí)，你會(huì)做什么？

與生命本身一樣，現(xiàn)代生物技術(shù)基于精確復(fù)制 DNA 的能力。生物學(xué)家劫持了細(xì)胞中內(nèi)置的核酸復(fù)制機(jī)制，創(chuàng)建了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (PCR)——這是現(xiàn)代分子生物學(xué)的基石方法，允許它們自己復(fù)制 DNA。
1983 年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者凱里·穆利斯 (Kary Mullis) 表明，您可以通過精確的溫度序列來協(xié)調(diào)樣本，從而操縱目標(biāo) DNA 序列的復(fù)制。當(dāng)時(shí)，進(jìn)行 PCR 實(shí)驗(yàn)意味著科學(xué)家需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)手動(dòng)將試管移入和移出不同溫度的水浴，以實(shí)現(xiàn)這些溫度循環(huán)。
1988 年，Celtis 和 Perkin-Elmer 推出了一種名為熱循環(huán)儀的設(shè)備，用于自動(dòng)執(zhí)行 PCR 實(shí)驗(yàn)所需的精確溫度變化。
它比水浴法更快、更高效，但成本超過 100,000 美元——遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大多數(shù)生物學(xué)家的承受能力。直到 90 年代中期，ML Laboratories 等公司開始制造價(jià)格更實(shí)惠的帶加熱蓋的機(jī)器，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室才開始使用熱循環(huán)儀。

PCR 技術(shù)的省時(shí)演進(jìn)

如今，PCR 的省時(shí)創(chuàng)新似乎停滯不前。盡管已經(jīng)創(chuàng)建了新型 PCR（如定量和數(shù)字 PCR），但自 20 世紀(jì) 90 年代中期以來，在省時(shí)方面并沒有取得重大進(jìn)展。大多數(shù)生物學(xué)家仍在使用與 20 年前發(fā)明的熱循環(huán)儀技術(shù)上類似的熱循環(huán)儀，并且每周仍要花費(fèi)數(shù)小時(shí)手動(dòng)準(zhǔn)備反應(yīng)。Opentrons 熱循環(huán)儀代表了 PCR 用戶在省時(shí)方面的下一個(gè)重大飛躍。

為什么節(jié)省時(shí)間如此重要

機(jī)器人讓您可以并行工作，以更快完成更多工作——尤其是配備熱循環(huán)儀的機(jī)器人，它們可以處理更長的工作流程。

第一種節(jié)省時(shí)間的方式是基本的一對(duì)一任務(wù)完成的好處。如果一個(gè)人可以在一小時(shí)內(nèi)準(zhǔn)備 100 個(gè)樣本，并在一小時(shí)內(nèi)回復(fù) 10 封電子郵件，那么他們需要 2 小時(shí)來完成這兩項(xiàng)任務(wù)。但如果他們讓機(jī)器人進(jìn)行樣品準(zhǔn)備，他們可以在 1 小時(shí)內(nèi)完成這兩項(xiàng)任務(wù)——這是一種相當(dāng)簡單的提高生產(chǎn)率的方法。

但是，當(dāng)您考慮更長的時(shí)間段時(shí)，節(jié)省的時(shí)間會(huì)成倍增加。假設(shè)您有 600 個(gè)樣本需要準(zhǔn)備，以每小時(shí) 100 個(gè)樣本的相同速度進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)行。還有一個(gè)六小時(shí)的會(huì)議，您有機(jī)會(huì)出席。

您可以自動(dòng)準(zhǔn)備樣品并參加會(huì)議嗎？

理論上，當(dāng)然可以：6 小時(shí) x 100 個(gè)樣本/小時(shí) = 600 個(gè)樣本。但是誰來裝載和卸載機(jī)器人？誰來在運(yùn)行之間設(shè)置自動(dòng)化？你可以自動(dòng)化所有 6 小時(shí)的樣品準(zhǔn)備，但你只能在六個(gè)一小時(shí)的時(shí)間段內(nèi)完成。所以，即使你可以為自己節(jié)省六個(gè)小時(shí)的生產(chǎn)力，你也不能去參加會(huì)議。你需要的（在這個(gè)例子中）是一個(gè)可以在一次運(yùn)行中完成所有 600 個(gè)樣本的機(jī)器人。這樣，你就可以點(diǎn)擊“開始”，在六個(gè)小時(shí)后在會(huì)議上展示后回來，完成你所有的實(shí)驗(yàn)室工作。一個(gè)六小時(shí)的時(shí)間段和六個(gè)一小時(shí)的時(shí)間段之間的差異可能是有意義的工作和忙碌的工作之間的差異。此外，有些工作只需要長時(shí)間不間斷的時(shí)間來完成。在《制造者的時(shí)間表，經(jīng)理的時(shí)間表》一文中，保羅·格雷厄姆指出，一些創(chuàng)造性的任務(wù)，如寫一篇文章或編寫一個(gè)算法，最好以這種方式完成：一個(gè)小時(shí)是不夠的，不足以集中精力并取得有意義的進(jìn)展。只有兩個(gè)小時(shí)的時(shí)間來完成這些復(fù)雜的任務(wù)，你幾乎沒有足夠的時(shí)間進(jìn)入狀態(tài)——更糟糕的是，一旦你進(jìn)入心流狀態(tài)，你就不得不放棄。

臺(tái)式熱循環(huán)儀如何為您節(jié)省大量時(shí)間

如果您的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從基因分型和測序到克隆和基因編輯等工作流程的自動(dòng)化，那么在液體處理機(jī)器人上添加一臺(tái)臺(tái)式熱循環(huán)儀可以將您的空閑時(shí)間增加 3 倍。充分利用集成熱循環(huán)儀的協(xié)議非常復(fù)雜，涉及孵育或 PCR 步驟之前和之后的多個(gè)子協(xié)議。讓我們以下一代測序 (NGS) 文庫制備協(xié)議為例。通過僅自動(dòng)化工作流程中的移液和磁珠處理步驟，您可以減輕大約 2/3 的工作量。
這就是酶促制備（碎片化 + a-tailing 等）、清理、索引和池化步驟，這些步驟可以由帶有磁性模塊的 OT-2 機(jī)器人完成。
如果機(jī)器人的甲板上沒有熱循環(huán)儀，那么一個(gè)人（或另一個(gè)更昂貴的機(jī)器人）必須親自將準(zhǔn)備好的反應(yīng)物移入熱循環(huán)儀。擴(kuò)增完成后，他們還需要親自取回樣品——將它們從熱循環(huán)儀上取下，然后放回機(jī)器人上，進(jìn)行最后的磁性和移液步驟。

原文地址：如何使用自動(dòng)化臺(tái)式熱循環(huán)儀節(jié)省實(shí)驗(yàn)室時(shí)間