萊斯大學的Caleb Bashor從未計劃成為發(fā)明家或自己動手，但沒有其他方法可以進行他所設想的微生物學實驗。

本周在線發(fā)表的一篇論文和7月份的自然生物技術雜志封面上，來自波士頓大學(BU)和麻省理工學院的Bashor及其同事推出了eVOLVER系統(tǒng)，該系統(tǒng)結合了自動化細胞培養(yǎng)系統(tǒng)的控制能力。隨著高吞吐量系統(tǒng)的規(guī)模連續(xù)運行數(shù)月，同時增加了數(shù)十種文化。

Rice的生物工程助理教授Bashor三年前在BU擔任博士后研究員時首次想到了eVOLVER的想法。

“我們正在研究的一件事是抗生素耐藥性，”他回憶說。“很多時候，當你持續(xù)服用這種藥物時，抗生素耐藥性出現(xiàn)了。所以我在想，如果你用脈沖給藥它會怎么樣?脈沖有多長?你在哪里看到抗生素耐藥性進化?你在哪里看到的不是進化?有沒有辦法系統(tǒng)地看到抗生素管理的時間特征給你什么?

“如果你計劃一個時間課程說'我想每15分鐘做一次，我想每小時做一次'，等等，你很快意識到沒有自動化是不可能的，”他說。“更不用說抗生素耐藥性經常出現(xiàn)在幾周而不是幾天的時間范圍內。你需要能夠運行幾周的自動化程序，有數(shù)十或數(shù)百個單獨控制和監(jiān)測的樣品。”

Bashor是一位訓練有素的生物化學家和合成生物學家，他知道這種實驗不存在現(xiàn)成的設備，并且在高通量設置中組合標準生物反應器將需要整個房間的空間并且花費數(shù)十萬美元。

“我知道自己動手做的電子文化，我一直在想，'必須有辦法讓這個變得非常困難并且相對便宜'，”他說。“我開始關注微控制器。我開始在網上查看電子產品目錄和材料，我想，'好吧，我們可以使用哪些材料?'“我們怎么保持這么簡單?”

該項目最早的合作者是研究共同作者，BU的生物工程助理教授Ahmad“Mo”Khalil和Khalil集團的研究生Brandon Wong。三位和其他合作者一起在業(yè)余時間為eVOLVER工作，設計電子，流體，培養(yǎng)室和軟件，既控制每個室又報告結果。

“這個軟件是一個挑戰(zhàn)，”Bashor說。“我在MatLab中編寫了一個小循環(huán)來控制六種文化，更好的編碼員從那里開始對其進行詳細闡述。實際上代碼變得非常龐大。”

該小組努力尋找可以報告，記錄和跟蹤每個培養(yǎng)室中所有時間尺度的所有變量的代碼，但最終用最初設計用于跟蹤股票價格的軟件打造黃金。

“它允許我們跟蹤數(shù)據(jù)，因為它累積，生存，我們可以查看任何分辨率的數(shù)據(jù)時間線。它還將所有數(shù)據(jù)存儲在服務器上，”他說。

Bashor表示，新報紙中描述的eVOLVER原型16腔版本價格不到2000美元，比實驗室可能為單個連續(xù)培養(yǎng)生物反應器支付的價格便宜。eVOLVER包括三個模塊：可定制的“智能套管”外殼和每個培養(yǎng)皿的接口，一個控制液體進出每個培養(yǎng)皿的流體模塊，以及模塊化硬件基礎設施，簡化了大批量的雙向數(shù)據(jù)流通過將每個參數(shù)分離到各個微控制器中。

他說：“我們的想法是讓它變得便宜，開源，完全可定制，這樣任何人只要能夠訪問機械車間，3D打印機和McMaster-Carr目錄或RadioShack目錄就可以制造它。”

在該研究中描述的原理驗證實驗中，研究人員使用eVOLVER在500小時內分別改變450多種酵母培養(yǎng)物中溫度，培養(yǎng)基輸入和??輸出以及環(huán)境的其他特征的水平和時間。傳感器不斷報告每種培養(yǎng)物的表現(xiàn)，使研究人員能夠評估特定酵母菌株對特定應激水平的適應程度。

Bashor表示，他計劃在今年秋天在訪問合作者的幫助下，在他自己的實驗室里在Rice的生物科學研究合作中建造一個更大的96腔eVOLVER版本。雖然該設備不會用于他計劃進行實驗的每個實驗中，但他正計劃進行一些他最初為eVOLVER設想的合成生物學實驗。

“我們可以將合成電路放入電池中，然后我們可以進化電池，看看它們如何改變以適應電路，”他說。“來自熱或饑餓等因素的壓力可以對細胞產生壓力進化，將合成電路放入細胞也可以起到壓力作用。細胞通常不具備來自這些電路的基因，因此存在自然壓力進化以擺脫它們。

“但是有些電池可能會發(fā)展出一種保持電路的方式，我們想知道他們是如何做到這一點的。這將是我們希望能夠設計的。”