蠕蟲已經轉變：DIY 實驗室平台在幾分鐘內評估新分子

植物是分子製造的動力來源。 億萬年來，它們不斷進化，產生了大量的小分子——有些對人類有益且有價值，而有些則可能致命。 多年來，對於尋找新藥物的科學家來說，區分有益的植物性分子和有害的分子的一個好方法是透過科學的嗅聞測試——在培養皿的一端輕拍一點分子，然後滴下微小的線蟲（C線蟲），然後觀察化學敏感的蠕蟲是否會靠近或遠離有問題的化合物，這個過程稱為趨化性。

這種“手工”方法非常緩慢。 分析一個新分子可能需要兩個小時。 但現在，史丹佛大學吳仔神經科學研究所的一個團隊，由分子生物學教授米里亞姆古德曼 (Miriam Goodman) 領導。開發了硬體和軟體，將現成的平板掃描器轉變為實驗室平台，可以在幾分鐘內評估數十個趨化性樣本。 該平台可以一次準備 20 個板，並將 4 個板安裝在掃描器上，在大約一個小時內執行 80 次化學測定。

古德曼說：“在手工時代，如果有人真的很熟練，已經完成了所有準備工作並擁有了所有材料，那麼可能需要兩週的時間才能完成這麼多檢測。” 團隊描述了他們的 DIY 平台的組件，並提供了開源程式碼新文章在日記中公共科學圖書館生物學。

大創意

這聽起來很簡單，但開發這個平台對團隊來說卻是一件很困難的事情，該團隊包括共同研究員Seung "Sue" Y. Rhee，他是密西根州立大學植物恢復研究所所長（前斯坦福大學卡內基科學研究所） ; 克蘭迪寧 (Thomas R. Clandinin)，史丹佛大學神經生物學教授。 三人和他們的實驗室花了五年多的時間來設計、創建、測試和評估他們的方法從開始到發布。

該計畫被稱為“神經植物倡議”，需要神經科學、動物和植物領域的專家、實驗室科學、機械工程和電腦科學。 該團隊現在希望該平台將變得無處不在，並導致快速發現有前途的新分子，用於目前陷入手工方法困境的醫學、生物學、農業和神經科學實驗室。

「在線蟲研究領域，全世界大約有 1,200 個實驗室，」古德曼指出。 她解釋說，該平台可能有助於發現其他種類的化學物質或識別哪些種類的細菌吸引或排斥以細菌為食的線蟲。

無數的可能性

研究的合著者 Sue Rhee 是密西根州立大學生物化學與分子生物學、植物生物學以及植物、土壤和微生物學系的基金會教授，她研究植物如何產生多種化合物並利用它們與環境進行交流。 李說，在植物產生的數十萬種化合物中，我們對它們在自然界中是如何製造或使用的東西知之甚少。

「長期以來的一個教條是，它們被用來抵禦害蟲或吸引傳粉媒介，但這些化合物中只有極少數具有已知的作用，」李說。 “通過這種巧妙的高通量趨化性測定，我希望我們能夠開始大規模解開這些化學之謎。”

共同作者 Thomas Clandinin 是一位神經生物學家，研究動物如何利用特定的感官輸入來選擇適當的行為動作。 他的實驗室致力於開發一種穩定懸浮在液體中的蠕蟲的方法，促進了以擺脫手工方法所需的規模分配蠕蟲的自動化方法。

克蘭迪寧說：“開發這種自動化方法來大規模檢查趨化行為將為探索氣味與其受體之間的豐富聯繫開闢許多新的可能性。”

下一步

接下來，古德曼希望將他們的發明應用於她自己的神經科學實驗室，以了解線蟲區分好分子和壞分子的能力的神經和化學基礎。 她正在與哈佛大學的研究人員合作，利用鈣成像來記錄線蟲靠近或遠離分子時所有嗅覺（或氣味敏感）神經元的活動。 在這項工作中，古德曼計劃利用她的分析平台進行更大規模的行為研究，操縱線蟲神經系統中的單一神經元，並最終將化合物與受體相匹配。

古德曼指出，線蟲的嗅覺測試是許多動物（包括人類）共有的技能。 她希望將神經科學領域的這些知識應用到這個有趣的學科中，她確信這個新平台將加速這項工作。 她說，無論是蠕蟲還是人類，嗅覺系統中與這些分子結合的化學受體都保留著完全相同的化學物質。

古德曼說：“兩種生物的那些束縛袋的形狀應該相似。即使它們不同，了解這一點也會有所幫助。” “這是我非常興奮的研究。”