你熟悉定向进化吗？ 通常进化是一个非常缓慢的过程，需要数千年而不是数十年才能显示出显着的变化和基因突变。 机器人技术能在这种科学中占有一席之地吗？ 然而，已经有一些科学突破让研究人员能够大大加快这个过程，让他们可以选择在他们的实验室中快速创造新的蛋白质和其他分子。
这种新的但已经被广泛采用的实践被称为定向进化或简称 DE。 它可以帮助各个领域的科学家，例如产生新的抗体来治疗癌症等疾病。 它可以帮助创造酶，因为它们用于生产生物燃料或有助于作为磁共振成像 (MRI) 一部分的显像剂。
比自然更快
由 Kevin Esvelt 领导的研究人员开发了一个新的机器人平台，使他们能够同时监测数百个微生物种群，并密切关注蛋白质和其他分子的进化方式。 如果人们努力生存，机器人还可以帮助他们免于灭绝。
作为理解这项研究的背景知识，机器人平台被用于许多研究领域，包括细胞的基因工程。 定向进化是一种加速新突变积累和选择的方法。 了解进化对于开发新药物和疫苗以及用于其他目的的工程细胞至关重要。
本文中描述的研究技术，研究人员将其命名为噬菌体和机器人辅助的近连续进化 (PRANCE)，它允许更多的进化轨迹重合，从而增加了成功的机会。 机器人平台有助于使原本困难、耗时或不可能实现的实验自动化。
快车道上的分子和蛋白质
在 Martin A. Nowak 教授的领导下， 机器人进化 实验室正在开发用于长期跟踪细胞群进化的新技术。 该小组面临的一个挑战是如何在不干扰进化过程的情况下观察进化过程中发生的事情。 例如，他们曾考虑通过在虚拟现实中进行实验来解决这个问题，但他们并不知道自己已经这样做了。
机器人进化实验室贴上它的高分辨率 显微镜 机器人的动作由计算机控制。 这可以同时对数百个微生物菌落进行成像。 通过允许他们在进化出新的蛋白质或其他分子时同时跟踪数百个微生物种群，它可以用于药物开发或更好地了解进化的工作原理。
评论和结论
“传统上，定向进化与其说是科学，不如说是一门艺术，更不用说是一门工程学科了。 在你可以系统地探索不同的排列并观察结果之前，这仍然是正确的，”麻省理工学院媒体实验室助理教授、新研究的资深作者凯文埃斯维尔特说。
“机器人可以通过测量这个读数来照顾这群病毒，这使它能够看到病毒是否表现良好，或者它们是否真的在挣扎，需要做些什么来帮助它们，”Erika A. DeBenedictis 说。
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“我们可以实时调整这些演变，直接响应这些演变的发生情况，”Emma J. Chory 说。 “我们可以判断实验何时成功，我们可以改变环境，这让我们有更多的射门机会，从生物工程的角度和基础科学的角度来看，这都很棒。”
“我们的系统使我们能够在对系统中发生的事情有更多了解的情况下实际执行这些演变，”Chory 补充道。 “我们可以了解进化的历史，而不仅仅是终点。”
机器人平台正越来越被世界各地的研究人员广泛使用。 使用不同的条件，PRANCE 可以并行进化 100 倍的种群。 PRANCE 可以帮助拯救正在努力生存的人群免于灭绝。 机器人平台显着减少了观察进化过程所需的时间和精力，而无需对其进行实际实验。
有关更多信息，您还可以查看 麻省理工学院新闻报道 或论文“系统的分子进化使强大的生物分子发现成为可能”，作者：Erika A. DeBenedictis、Emma J. Chory、Dana W. Gretton、Brian Wang、Stefan Golas 和 Kevin M. Esvelt，于 30 年 2021 月 XNUMX 日出版。
YouTube：2018 年诺贝尔化学奖：定向进化和噬菌体展示——说到化学
