本次客戶訪談將為大家?guī)恚?Opentrons 聯(lián)合創(chuàng)始人 Will Canine 在巴黎與 Glowee 的首席科學(xué)官 Samuel Juillot 的精彩對話。Glowee 是一家法國初創(chuàng)公司，他們在實(shí)驗(yàn)室使用 OT-1 PRO 制造生物發(fā)光標(biāo)志。

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用生物發(fā)光點(diǎn)亮城市

Will: 好的，我看過你們的網(wǎng)站，請你分享一下，你的團(tuán)隊(duì)研究項(xiàng)目是？

Samuel: 我們正在研究一種為未來城市提供照明的新方法。我們的目標(biāo)是找到一種不依賴電力產(chǎn)生光的方法。當(dāng)我們觀察自然界時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)理想的解決方案，那就是生物發(fā)光現(xiàn)象。在自然界中，有一些生物可以發(fā)出無需電力支持的光。我們深受啟發(fā)，并希望將這一自然現(xiàn)象應(yīng)用于城市照明中。

Samuel: Sandra Rey 是該項(xiàng)目的創(chuàng)始人。她從自然界中觀察到了生物發(fā)光現(xiàn)象，并思考著如何利用這一特性。于是，項(xiàng)目就這樣開始了。雖然她是一名設(shè)計(jì)師，但并非生物學(xué)家，因此需要找到合適的人選來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的研發(fā)。公司成立于 2014 年 12 月，至今不到兩年的時(shí)間。我們的目標(biāo)是開發(fā)一款不依賴電力、不需要基礎(chǔ)設(shè)施的照明產(chǎn)品。用戶只需將其放在玻璃表面上，就像貼上一張貼紙一樣簡單。

Will: 太棒了！聽起來就像“即撕即玩”一樣。

Samuel: 是的。

Will: 酷！它正在逐漸取代傳統(tǒng)的霓虹燈廣告牌。

Samuel: 是的。

Will: 的確目前城市里霓虹燈廣告牌太多了，而且它們也非常耗電。這太棒了。我什么時(shí)候可以購買Glowee？

Samuel: 哈哈, 目前還不行。

公司的起步階段

Will: 你在公司成立不久后就加入了，對吧？在你獲得博士學(xué)位之后？

Samuel: 是的。

Will: 那么你最初的目標(biāo)是什么？你最初想要構(gòu)建的是什么？你希望達(dá)到的里程碑是什么？

Samuel: 當(dāng)然，首先我們想讓穩(wěn)定發(fā)光持續(xù)時(shí)間超過10小時(shí)。

Will: 太酷了，那是個(gè)不錯(cuò)的目標(biāo)。持續(xù)穩(wěn)定發(fā)光10小時(shí)。

Samuel: 而且不是在液體狀態(tài)下。因?yàn)橹谱饕后w培養(yǎng)物很容易。

Will: 在振蕩的生物反應(yīng)器里？

Samuel: 沒錯(cuò)，振蕩、冒泡的生物反應(yīng)器需要電力。而我們正在制造不使用電力的光。

Will: 所以這意味著讓細(xì)菌在瓊脂上生長嗎？

Samuel: 差不多是這樣。

Will: 差不多？

Samuel: 凝膠化溶液。

Will: 原來如此，太酷了！

Samuel: 我們的首席執(zhí)行官是一位設(shè)計(jì)師，所以她不希望有任何惡心或難看的顏色。也不希望有任何難聞的氣味。

Will: 這點(diǎn)很重要！

Samuel: 所以我們也致力于制造出最好的產(chǎn)品?，F(xiàn)在我們在凝膠化介質(zhì)中的發(fā)光時(shí)間已經(jīng)達(dá)到了72小時(shí)。

Will: 然后他們每72小時(shí)就要更換一次你們的廣告牌嗎？

Samuel: 目前是的，但這么做不是很方便。所以我們的目標(biāo)是到年底讓發(fā)光時(shí)間達(dá)到一周。

Will: 太好了。

Samuel: 你可能會(huì)想：“好吧，但與LED系統(tǒng)相比，你們的產(chǎn)品使用壽命達(dá)不到那么長?！蔽艺J(rèn)為，如果你每天使用24小時(shí)，LED的使用壽命大約是三年。我們做過生命周期分析，實(shí)際上就二氧化碳消耗而言，如果你把所有的因素都考慮進(jìn)去——LED的生產(chǎn)、電力生產(chǎn)等等——我們的發(fā)光系統(tǒng)使用壽命一周，從長遠(yuǎn)來看更可持續(xù)。剛開始，我們每單位生命周期排放的二氧化碳比LED少3倍，如果發(fā)光時(shí)間是一個(gè)月，那么二氧化碳排放量將少10倍。這就非常可觀了。

Will: 非常同意。

Samuel: 當(dāng)然，目前它只適用于店面，只適用于特定的市場。

Will: 目前是這樣！

Samuel: 沒錯(cuò)，目前是這樣。

合成生物學(xué)照明

Will: 那么，你們最初使用的是哪些基因來進(jìn)行生物發(fā)光？

Samuel: 我們最初使用的是來自費(fèi)氏弧菌的 lux 操縱子。這是眾所周知的，實(shí)際上也是 2010 年劍橋的一個(gè)iGEM 項(xiàng)目中使用的。這是 iGEM 項(xiàng)目中的第一個(gè)部分，他們目前已經(jīng)開始圍繞這個(gè)系統(tǒng)制造更好的發(fā)光裝置。

Will: 有沒有辦法讓它白天停止發(fā)光，晚上再發(fā)光？我相信你們已經(jīng)考慮過所有這些調(diào)節(jié)方式。

Samuel: 是的，當(dāng)然。這也是生物啟發(fā)的結(jié)果，觀察自然界中受光照調(diào)節(jié)的植物?；旧?，生物鐘是一個(gè)重要的概念，我們的目標(biāo)是利用這些受白天和黑夜調(diào)節(jié)的啟動(dòng)子。目前我們還在研究細(xì)菌，如大腸桿菌等，并且我們可以通過光來控制它們的活動(dòng)，這很不錯(cuò)。實(shí)際上，我在做博士研究時(shí)做的就是光遺傳學(xué)。

Will: 通過光來開啟和關(guān)閉事物？

Samuel: 沒錯(cuò)。

Will: 那通常用于神經(jīng)生物學(xué)，對吧？

Samuel: 沒錯(cuò)，它始于神經(jīng)生物學(xué)，但我們現(xiàn)在可以用光來控制一切。

Will: 好的，所以它是用光來開啟和關(guān)閉基因回路嗎？

Samuel: 實(shí)際上，首先是蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用。你可以激活反應(yīng)或終止反應(yīng)。所以基本上基因表達(dá)很簡單，你改變構(gòu)象并與DNA結(jié)合。但你也可以想象這樣一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)你打開光時(shí)，其中兩種蛋白質(zhì)就會(huì)簡單地相互作用。

Will: 你可以用光來啟動(dòng)和停止生物發(fā)光過程。

Samuel: 是的。

Will: 太酷了，這太神奇了。有朝一日，你可能看到你的發(fā)光物體通過光來開啟或關(guān)閉另一個(gè)物體。

Samuel: 這現(xiàn)在很棘手。因?yàn)槲覀円舶l(fā)出光，所以……

Will: ……事情變得復(fù)雜了。

Samuel: 哈哈，沒錯(cuò)。

實(shí)驗(yàn)室工作

Will: 那么，請告訴我你的實(shí)驗(yàn)室工作。你們通常都做什么？大量的細(xì)菌培養(yǎng)嗎？

Samuel: 是的，但現(xiàn)在我們暫停了一下，目前正在與一個(gè)公司合作——這用英語怎么說？當(dāng)你要求另一家公司為你生產(chǎn)東西時(shí)。

Will: 像CRO？還是只是一個(gè)承包商？

Samuel: 對。所以他們負(fù)責(zé)生產(chǎn)細(xì)菌，因?yàn)槲覀円呀?jīng)做了四次大型活動(dòng)，需要生產(chǎn)幾百升的生物發(fā)光細(xì)菌。第一次是在去年的巴黎 COP21 上。這是為聯(lián)合國做的關(guān)于生態(tài)變化的項(xiàng)目。兩周后我們還有另一項(xiàng)大型活動(dòng)要做。基本上每次我們都會(huì)生產(chǎn)越來越多的細(xì)菌，最多可達(dá)100升，而我們自己無法生產(chǎn)這么多升。這會(huì)讓整個(gè)團(tuán)隊(duì)集中精力好幾個(gè)星期，但我們?nèi)蕴幱谘芯侩A段，必須保持專注。

Will: 好的，那么是什么驅(qū)動(dòng)著你的研究？

Samuel: 我們做了很多微生物學(xué)研究。為此我們做了很多克隆工作，實(shí)際上為了優(yōu)化熒光素酶的量子產(chǎn)率，我們啟動(dòng)了一個(gè)大規(guī)模的突變項(xiàng)目，即隨機(jī)突變，因?yàn)樗群唵斡指咝?。我們有一個(gè)菌落選擇器來篩選大量突變體。

Will: 你是直接拍個(gè)照片，選最亮的然后挑出來嗎？

Samuel: 目前，我們會(huì)篩選所有的菌落，然后使用一個(gè) 96 孔板讀取器來檢測菌落的光強(qiáng)度。所以這就是為什么我們最初對擁有一臺(tái) Opentrons 機(jī)器人感興趣?；旧?，我們的目標(biāo)是使我們的流程中的一部分標(biāo)準(zhǔn)化，并讓一部分工作自動(dòng)化，這樣你就可以準(zhǔn)備很多含有培養(yǎng)基的平板。這樣，我們就不需要每天手動(dòng)使用多通道移液器了，讓機(jī)器人來做。雖然很簡單，但是每天都要在每個(gè)孔中加入培養(yǎng)基——我們每天做 9 或 10 個(gè)平板——這是一項(xiàng)繁重的工作。

Will: 真棒！就是讓 Opentrons 機(jī)器人往平板里加培養(yǎng)基嗎？

Samuel: 對。

Will: 太好了，這類工作不應(yīng)該手工去做。

Samuel: 沒錯(cuò)。然后我們使用 QPix 來挑選菌落并將其放入平板的孔中。之后，我們在平板中培養(yǎng)剛剛挑選的細(xì)菌，幾個(gè)小時(shí)后測量生物發(fā)光。我們有一個(gè)系統(tǒng)可以直接用孔板讀取器測量哪個(gè)更亮。之后，我們?nèi)〕鰜?，放在另一個(gè)孔板上，然后用 Opentrons 機(jī)器人進(jìn)行稀釋。

Will: 太酷了，我們喜歡做稀釋。

Samuel: 嗯，這有點(diǎn)像精準(zhǔn)采摘，把孔板一個(gè)接一個(gè)地轉(zhuǎn)過去并稀釋。我們把第一次篩選的陽性菌落放在第一行，并進(jìn)行稀釋以進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。這是為了確認(rèn)它不是孔板讀取器的誤讀，而是一個(gè)真正的陽性。這是我們真正有興趣使用 Opentrons 機(jī)器人的第一部分。

Will: 這太棒了。所以，回顧一下，Opentrons機(jī)器人是你自動(dòng)化突變流程的一部分嗎？

Samuel: 是的。

Will: 太酷了！請介紹下您的目標(biāo)是什么？

增加量子產(chǎn)率

Samuel: 當(dāng)我們談?wù)撋锇l(fā)光和強(qiáng)度時(shí)，我們確實(shí)可以將其與電腦屏幕進(jìn)行類比。發(fā)光強(qiáng)度，它并不是以流明為單位，而是以發(fā)光單位來衡量。簡單來說，這就是強(qiáng)度，但它代表的是每平方米的亮度。

Will: 好的，面積強(qiáng)度。

Samuel: 對。

Will: 這是你的重要指標(biāo)嗎？

Samuel: 是的?，F(xiàn)在我們想增加每個(gè)細(xì)菌發(fā)出的光。這意味著改變量子產(chǎn)率，也就是每個(gè)反應(yīng)發(fā)出的光子數(shù)。眾所周知，這些熒光素酶在細(xì)菌中的量子產(chǎn)率非常差。

Will: 你剛才說量子產(chǎn)率？

Samuel: 對。

Will: 好的，太酷了。嗯，哇？

Samuel: 哈哈——所以這就是每個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生的光子數(shù)。

Will: 明白了，所以這些熒光素酶產(chǎn)生光子的效率較低，也就是發(fā)出光的效率較低。

Samuel: 對。如果你看一下 Promega 產(chǎn)品，例如。

Will: 你是說供應(yīng)商嗎？

Samuel: 是的。他們出售了很多種熒光素酶。即使他們常規(guī)的產(chǎn)品，亮度也比我們現(xiàn)在使用的要高出約80倍。問題是，我們無法在微生物中生產(chǎn) Promega 熒光素酶的底物，因?yàn)槲覀儾恢榔渖锖铣赏緩健?/p>

Will: 嗯，他們是怎么做的？

Samuel: 他們通過化學(xué)方法制造這些熒光素酶，因?yàn)檫@些酶是用于體外檢測的，所以目的與我們在細(xì)菌中使用它們的目的不同。這意味著，我們必須針對我們在細(xì)菌中擁有的東西進(jìn)行優(yōu)化，但目前的量子產(chǎn)率并不高效。因此，我們需要從根本上改變這一點(diǎn)。如果你觀察大自然，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一些高效的突變體。通過觀察這些突變體的結(jié)構(gòu)，我們可以分析哪些氨基酸發(fā)生了變化，從而使它們更亮。在其他菌株中，其他變體可能會(huì)改變它們的波長并變得更亮。

色彩方面

Samuel: 當(dāng)你深入觀察大自然時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn) YFP 有時(shí)會(huì)與 lux 操縱子融合。這種融合使得黃色熒光蛋白能夠吸收生物發(fā)光的光，并發(fā)出黃色的光。通過這種方式，我們稍微改變了光的發(fā)射波長，從而產(chǎn)生了一種放大的效果。因此，我們得到的是一個(gè)更亮的系統(tǒng)。這種技術(shù)被稱為 BRET，即生物發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移。它與 FRET 有些相似，但區(qū)別在于我們不是在熒光之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，而是在生物發(fā)光與熒光之間進(jìn)行。

Will: 好的，真有趣。

Samuel: 另外，如果你觀察深海中的一些小型微生物，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們在某些菌絲上具有彩虹色。也許我可以給你看一張照片。實(shí)際上，它們擁有所有類型的顏色，真是令人難以置信。

Will: 哇！這真是令人震驚！

Samuel: 這就是生物發(fā)光。實(shí)際上，它是與熒光融合在一起的。生物發(fā)光有一種發(fā)射光顏色，之后熒光會(huì)改變波長。

Will: 太神奇了。所以你們正在研究這種東西？

Samuel: 沒錯(cuò)。所以我們的想法是獲得所有六種顏色。

Will: 它看起來真的就像霓虹燈一樣，確實(shí)如此。那會(huì)很酷。

Samuel: 目前我們實(shí)際上是在白天制造顏色，這樣你就可以用你的貼紙做廣告了。例如，你可以在貼紙上用紅色寫出完全個(gè)性化的東西。而在晚上，你看不到紅色，但你可以看到生物發(fā)光的藍(lán)綠色光芒。

Will: 太酷了！

Samuel: 所以現(xiàn)在白天它可以是藍(lán)色、黃色，我們可以得到一些綠色、紅色，我們還有白色。所以白天你能看到一些東西，之后晚上你有生物發(fā)光。為什么我們想擁有這種屬性、這種特性呢？因?yàn)槲覀兊牡谝粋€(gè)原型是用于店面。

Will: 我們什么時(shí)候能看到呢？

Samuel: 明年年初。

Opentrons 非常榮幸能夠與 Glowee 這樣的生物技術(shù)公司合作，共同致力于利用科技中的生物學(xué)力量來改善我們星球的健康和幸福。我們很高興與大家分享 Opentrons 機(jī)器人如何在世界各地發(fā)揮作用。