你熟悉定向進化嗎？ 通常，進化是一個非常緩慢的過程，需要數千年而不是幾十年的時間才能顯示出重大變化和基因突變。 機器人技術能在這類科學中佔有一席之地嗎？ 然而，科學上的突破使研究人員能夠大大加快這一過程，使他們能夠在實驗室中快速創造新的蛋白質和其他分子。
這種新的但已經被廣泛採用的實踐被稱為定向進化，簡稱 DE。 它可以幫助各個領域的科學家，例如產生新的抗體來治療癌症或其他疾病。 它可以幫助製造用於生產生物燃料的酶，或者幫助製造磁共振成像（MRI）的成像劑。
比自然更快
由 Kevin Esvelt 領導的研究人員開發了一種新的機器人平台，使他們能夠同時監測數百個微生物種群，並密切關注蛋白質和其他分子的進化方式。 如果人類生存困難，機器人還可以幫助拯救它們免於滅絕。
作為理解這項研究的背景知識，機器人平台被用於許多研究領域，包括細胞基因工程。 定向進化是一種加速新突變積累和選擇的方法。 了解進化對於開發新藥、疫苗以及用於其他目的的工程細胞至關重要。
本文描述的研究技術被研究人員命名為噬菌體和機器人輔助近連續進化（PRANCE），它允許更多的進化軌跡重合，從而增加了成功的機會。 機器人平台有助於自動化實驗，否則這些實驗將變得困難、耗時或不可能實現。
快車道上的分子和蛋白質
在 Martin A. Nowak 教授的領導下， 機器人進化 實驗室正在開髮用於長期跟踪細胞群進化的新技術。 該小組面臨的一個挑戰是如何在不干擾進化過程的情況下觀察進化過程中發生的事情。 例如，他們曾考慮通過在虛擬現實中進行實驗來解決這個問題，但他們並不知道自己已經這樣做了。
機器人進化實驗室貼上其高分辨率 顯微鏡 其動作由計算機控制的機器人。 這使得能夠同時對數百個微生物菌落進行成像。 通過允許他們在進化新蛋白質或其他分子時同時跟踪數百個微生物種群，它可以用於藥物開發或更好地理解進化是如何運作的。
評論和結論
“傳統上，定向進化與其說是一門科學，不如說是一門藝術，更不用說是一門工程學科了。 在你能夠系統地探索不同的排列並觀察結果之前，這一點仍然成立。”麻省理工學院媒體實驗室的助理教授、這項新研究的資深作者 Kevin Esvelt 說。
“機器人可以通過測量讀數來照顧這群病毒，從而使其能夠了解病毒是否表現良好，或者它們是否真的在掙扎，需要採取措施來幫助它們，”Erika A. DeBenedictis 說。
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“我們可以實時調整這些演變，直接響應這些演變的發生情況，”艾瑪·J·喬裡說。 “我們可以知道實驗何時成功，我們可以改變環境，這讓我們有更多的機會實現目標，從生物工程的角度和基礎科學的角度來看，這都很棒。”
“我們的系統使我們能夠真正執行這些演變，同時對系統中發生的情況有更多的了解，”Chory 補充道。 “我們可以了解進化的歷史，而不僅僅是終點。”
機器人平台正被世界各地的研究人員越來越廣泛地使用。 使用不同的條件，PRANCE 可以並行進化 100 倍的種群。 如果人們在生存中掙扎，PRANCE 可以幫助他們免於滅絕。 機器人平台顯著減少了觀察進化過程所需的時間和精力，而無需實際進行實驗。
欲了解更多信息，您還可以查看 麻省理工學院新聞報導 或論文“系統分子進化能夠實現穩健的生物分子發現》，作者：Erika A. DeBenedictis、Emma J. Chory、Dana W. Gretton、Brian Wang、Stefan Golas 和 Kevin M. Esvelt，於 30 年 2021 月 XNUMX 日出版。
YouTube：2018 年諾貝爾化學獎：定向進化和噬菌體展示 — 談化學
