合成生物学│自动化实验室的应用案例（一）

↑↑上海曼森生物自动化实验室

前言

合成生物学是兴起于21世纪的新兴学科，它结合分子生物学、微生物学、生物化学、工程学、信息学等多个学科，旨在设计和建造新的生物部件、装置和系统，或者重新优化已有的天然生物系统来生产特定的物质或解决人类面临的健康、环境等方面的问题。

但是传统的的实验室需要耗费大量的时间、人力和研发经费，缺乏理性的设计，需要大量的试错。另一方面，目前的生物学研究还是劳动密集型的，或者小作坊式的。而将工程化、自动化、标准化引入到合成生物学研究当中来，用机器人和自动化来做生物实验，就可以大大的加快合成生物学的研究的进程。

本期展示目前在全球比较具有代表性的自动化合成生物研究平台，包括美国 UIUC、爱丁堡大学、英国的帝国理工大学（详见下期），以及上海曼森生物在合成生物研究科技基础设施等。

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01

伊利诺伊大学自动化实验室

IBioFAB自动化实验室

图1

目标需求

    伊利诺伊大学研究人员为了有效提高实验室微生物在合成生物学中的应用，建立了IBioFAB自动化实验室（图1）。

实施过程

    作为世界上第一个用于合成生物学应用的自动化中心，UIUC 的IBioFAB（Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing）成立于2014 年3月。IBioFAB由两部分组成。一部分是进行设计-构建-测试-分析的自动化研究循环的计算设计框架，另一部分是可自动化进行 DNA 的克隆、组装、异源表达以及产物检测的集成机器人系统。这个机器人系统具有一个6个自由度的机械臂、一个复杂的样品跟踪系统和用于各种平台生物的元件和模块库。其中灵活的机械臂可以在 5 米长的轨道上行进，为平台中的20多台仪器间传送微孔板。早期，他们开发了一个全自动的方法实现了在1天内成功构建1,000种不同的 TALEN 蛋白，且从预先设计到最终可以表达的质粒具有高于 98%的正确组装效率。

关键技术

    模块化技术，柔性化技术，自动化技术。

效益分析

    该全自动的方法实现了在1天内成功构建1,000种不同的 TALEN 蛋白，且从预先设计到最终可以表达的质粒具有高于 98%的正确组装效率。这将每个 TALEN 合成的成本从超过1,000 美元直接降到低于10美元。

图2

美国伊利诺伊大学iBioFab的全自动工作平台，来自Thermo Fisher的机械手负责传递样品（图2），从而连接各个功能模块和储藏设备，完全脱离人工实验操作。

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02

曼森生物自动化实验室

分液机器人

型号

LabRob-FX

功能

将液体自动定量分装到各种容器中，适合分装试管、三角瓶、试剂瓶、组培瓶、蓝盖瓶、烧杯、培养皿、微孔板等形式的容器。

特点

采用协作机器人进行分装液体，通量高、速度快、灵活性大、兼容容器形式多，特别是可以分装接触面

应用

食品药品微生物分离与计数、 海洋、 陆地环境微生物分离与纯化、 工业微生物分离与筛选、 病原微生物分离与鉴别、 转板、 抗体实验、 细胞组织培养、 核酸检测等

未完待续

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mediacenter editor | 曼森编辑

文章来源：本文由上海曼森生物整理提供

内容审核：郝玉有博士

排版校对：刘娟娟编辑