在几分钟内评估新分子：一种新的DIY实验室平台

植物是分子制造的动力发电站。经过千万年的进化，它们产生了大量的小分子——有些对人类有益且有价值，有些则可能是致命的。多年来，科学家们寻找新药来区分有益的植物源分子和有害的植物源分子的一个好方法是通过科学的嗅觉测试——在培养皿的一端轻拍一点分子，在另一端滴下微小的线虫(秀丽隐杆线虫)，然后等着看这些对化学敏感的蠕虫是靠近还是远离所讨论的化合物，这个过程被称为趋化性。

这种“手工”方法极其缓慢。检测一个新分子可能需要两个小时。但现在，由分子和细胞生物学教授Miriam Goodman领导的斯坦福大学(Stanford University)吴蔡神经科学研究所(Wu Tsai Neurosciences Institute)的一个团队，已经开发出了硬件和软件，可以将现成的平板扫描仪变成一个实验室平台，在几分钟内评估几十个趋化性样本。该平台一次可以准备20个板，并在扫描仪上安装4个板，在大约一个小时内进行80次化学分析。

Goodman说:“在手工制作的时代，如果有人真的很熟练，做了所有的准备工作，有了所有的材料，可能需要两周的时间来做这么多的化验。”该团队描述了他们的DIY平台的组件，并在PLOS生物学杂志上的一篇新论文中提供了开源代码。

伟大的想法

这听起来很简单，但开发这个平台对这个团队来说绝非易事，该团队包括共同研究人员Seung“Sue”Y. Rhee，密歇根州立大学植物恢复研究所所长(以前是斯坦福大学卡内基科学研究所)和斯坦福大学神经生物学教授Thomas R. Clandinin。三人和他们的实验室花了五年多的时间来设计、创建、测试和评估他们的方法，从开始到发表。

这个被称为“神经植物计划”的项目是由“神经科学大创意”资助计划资助的。这些旗舰研究项目包括为期五年的资助，并专门负责将不同的研究团队聚集在一起，以更深入地了解健康和疾病中的大脑和行为。

这项计划需要神经科学、动植物生物学、实验室科学、机械工程和计算机科学方面的专家。该团队现在希望这个平台变得无处不在，并迅速发现有前途的新分子，用于目前陷入手工方法困境的医学、生物学、农业和神经科学实验室。

“在线虫研究界，全世界大约有1200个实验室，”Goodman指出。她解释说，这个平台可能对发现其他种类的化学物质或确定哪种细菌吸引或排斥以细菌为食的线虫很有用。

无数的可能性

合著者Sue Rhee是密歇根州立大学生物化学与分子生物学、植物生物学和植物、土壤与微生物学系的基础教授，她研究植物如何制造无数的化合物，并利用它们与环境进行交流。Rhee说，在植物产生的数十万种化合物中，我们对它们是如何在自然界中制造或使用的知之甚少。

“一个长期存在的教条是，它们被用来抵御害虫或吸引传粉者，但只有一小部分这些化合物具有已知的作用，”Rhee说。“通过这种巧妙的高通量趋化性试验，我希望我们可以开始大规模解开这些化学谜团。”

合著者Thomas Clandinin是一位神经生物学家，他研究动物如何使用特定的感官输入来选择适当的行为。他的实验室帮助开发了一种方法，使蠕虫悬浮在液体中保持稳定，从而促进了自动化方法的发展，使蠕虫的分配规模摆脱了手工方法。

“开发这种自动化方法来大规模检查趋化性行为，将为探索气味与其受体之间的丰富联系开辟许多新的可能性，”Clandinin说。

下一个步骤

接下来，Goodman希望将他们的发明应用于她自己的神经科学实验室，以了解线虫区分好分子和坏分子的能力的神经和化学基础。她正在与哈佛大学的研究人员合作，利用钙成像技术来记录蛔虫在靠近或远离一个分子时所有嗅觉或嗅觉敏感神经元的活动。在这项工作中，Goodman计划利用她的实验平台进行更大规模的行为研究，操纵线虫神经系统中的单个神经元，最终将化合物与受体相匹配。

Goodman指出，线虫的嗅觉测试是包括人类在内的许多动物共有的技能。她希望将在神经科学方面学到的知识应用到这个有趣的学科上，她确信这个新平台将加速这项工作。她说，无论是线虫还是人类，嗅觉系统中与这些分子结合的化学受体都牢牢抓住了完全相同的化学物质。

“这两种生物的捆绑袋的形状应该是相似的。即使它们是不同的，知道这一点也是有帮助的，这是我真正感兴趣的研究。”