Revolucionando la investigación: Streptomyces se encuentra con la automatización

Los estreptomicetos son bacterias fascinantes que han hecho grandes contribuciones en varios campos, especialmente en medicina y agricultura. Son más conocidos por producir antibióticos, que son sustancias que ayudan a luchar contra infecciones causadas por bacterias dañinas. ¡Podrías decir que estos pequeños son como superhéroes, salvando el día una infección a la vez!

Estas bacterias también producen agentes agrícolas y enzimas. Los agentes agrícolas ayudan a que los cultivos crezcan mejor y ahuyentan plagas, mientras que las enzimas son proteínas que aceleran reacciones químicas en organismos vivos. Piensa en las enzimas como los pequeños trabajadores que mantienen todo funcionando sin problemas.

#¿Qué son la secuenciación de próxima generación y las herramientas genéticas?

Gracias a los avances en tecnología, los científicos han desarrollado formas de leer todo el material genético de los organismos, incluidos los estreptomicetos. Este proceso se llama secuenciación de próxima generación. Es como leer un libro de cocina muy complicado que te dice cómo hacer cada plato en un restaurante, solo que con genes en lugar de recetas.

Con más genomas disponibles para estudiar, los investigadores han comenzado a aprovechar las muchas capacidades ocultas de los estreptomicetos. Este nuevo conocimiento ha motivado a los científicos a crear herramientas que ayuden a modificar estas bacterias para mejorar su utilidad.

Un desarrollo emocionante es la tecnología CRISPR. CRISPR es un método que permite a los científicos hacer cambios precisos en el ADN de un organismo. Piensa en ello como usar un procesador de texto para editar un documento, donde puedes agregar, eliminar o cambiar palabras según sea necesario. Esta herramienta ha facilitado mucho a los investigadores modificar los estreptomicetos y mejorar su capacidad para producir sustancias valiosas.

#El desafío de las eficiencias de transformación

A pesar de los avances tecnológicos, aún hay desafíos cuando se trata de usar los estreptomicetos en investigación e industria. Un gran obstáculo es que introducir ADN en estas bacterias puede ser complicado. Este proceso se conoce como transformación, y la eficiencia de la transformación varía a menudo, especialmente al trabajar con cepas no probadas.

Para facilitar la transformación, los investigadores a menudo utilizan un método llamado conjugación intergenérica, que implica mezclar estreptomicetos con otra bacteria llamada E. Coli. Las cepas de E. coli tienen una habilidad especial para aceptar y transferir ADN, lo que las convierte en socias confiables en este proceso.

Sin embargo, llevar a cabo este método a gran escala—piensa en miles de cepas—puede ser una tarea bastante laboriosa, que consume mucho tiempo y recursos. Esto hace que la demanda de técnicas más eficientes y escalables sea significativa.

#Entrando los robots

Para abordar estos desafíos, los científicos han recurrido a la Automatización y la robótica. Las plataformas automatizadas de manejo de líquidos pueden realizar tareas como pipetear, mezclar y transferir muestras, todo sin manos humanas. Imagina robots haciendo el trabajo pesado mientras los investigadores toman café y disfrutan de la vista—suena como un sueño, ¿verdad?

Estos sistemas robóticos vienen en varias formas. Algunos son dispositivos todo-en-uno, lo que significa que pueden hacer todo en una sola configuración. Otros son modulares, permitiendo a los usuarios mezclar y combinar componentes según sus necesidades. Mientras que los grandes sistemas robóticos pueden ofrecer una impresionante capacidad de procesamiento, a menudo vienen con un alto precio y requieren operadores capacitados. Aquí es donde entra la flexibilidad, especialmente para laboratorios de investigación más pequeños y nuevas empresas que pueden no tener los mismos recursos.

#Los cuellos de botella en la automatización

Cuando se trata de implementar sistemas robóticos, hay cinco desafíos clave, o cuellos de botella, que los investigadores deben superar:

1. Costo: Muchos de estos sistemas robóticos son caros, lo que dificultan la inversión de laboratorios más pequeños. A menudo, una solución flexible que se ajuste a su presupuesto es más deseable.

2. Habilidades de programación: La mayoría de los científicos no son programadores informáticos, lo que puede complicar el proceso de automatizar protocolos. Es como pedirle a alguien que cocina por diversión que de repente se convierta en un chef con estrella Michelin.

3. Transferencia de conocimientos: Cuando los proyectos terminan, la valiosa experiencia puede perderse si no hay una documentación adecuada para futuros usuarios. La alta rotación de personal puede agravar este problema, llevando a una pérdida de know-how.

4. Estandarización: Muchos laboratorios pueden no seguir procedimientos estandarizados de manera consistente, lo que puede hacer que los experimentos sean difíciles de replicar y los resultados difíciles de comparar.

5. Variabilidad de protocolos: Los científicos a menudo adaptan los protocolos con el tiempo, lo que conduce a inconsistencias. Esto puede obstaculizar los esfuerzos para agilizar la automatización, ya que se vuelve difícil decidir qué versión de un protocolo seguir.

#Sistemas modulares: una solución flexible

A la luz de estos desafíos, los sistemas modulares como Opentrons han ganado popularidad. Estas plataformas son asequibles y adaptables, permitiendo a los investigadores personalizar sus configuraciones robóticas sin necesidad de amplios conocimientos de programación. ¡Piensa en ello como un set de LEGO para la ciencia!

El robot Opentrons está impulsado por computadoras Raspberry Pi y utiliza scripts simples de Python para controlar sus acciones. Esta configuración no solo reduce costos, sino que también anima a los usuarios a diseñar sus propios módulos y protocolos.

Aunque hay flujos de trabajo automatizados existentes para E. coli, no se han desarrollado muchos para estreptomicetos. Algunas investigaciones han mostrado éxito en el uso de la automatización para predecir y priorizar clústeres de genes bacterianos y clonarlos para su estudio posterior.

#La necesidad de una comunicación abierta

Un aspecto importante para desarrollar estos flujos de trabajo es compartir información y promover la colaboración. La transparencia es clave, permitiendo que investigadores de diferentes áreas trabajen juntos de manera efectiva. Al fomentar un entorno de comunicación abierta, los investigadores pueden construir un recurso compartido de configuraciones asequibles y personalizables, ahorrando tiempo y dinero para todos los involucrados.

#Entrando la programación literaria

Otro desarrollo emocionante en este campo es la programación literaria. Este enfoque permite a los investigadores escribir código que se pueda entender fácilmente, combinando descripciones en lenguaje natural con el código en sí. Es como armar una receta donde las instrucciones son lo suficientemente claras como para que cualquiera pueda seguirlas, ¡incluso si no son expertos en la cocina!

Esto puede ser especialmente útil para aquellos que quieren operar robots pero carecen de las habilidades de programación asociadas. Proyectos como PyLabRobot utilizan programación literaria para crear scripts amigables para robots de manejo de líquidos.

#Un nuevo flujo de trabajo para la automatización

Basándose en estas ideas, los investigadores han desarrollado un flujo de trabajo versátil para llevar a cabo la conjugación robótica entre E. coli y estreptomicetos. Esta configuración utiliza la plataforma Opentrons y permite a los usuarios automatizar tanto la transformación por choque térmico de E. coli como la conjugación con estreptomicetos.

El flujo de trabajo abarca tanto la automatización de laboratorio como el diseño de interfaces amigables, facilitando a los científicos la ejecución de experimentos sin sentirse abrumados.

#Comenzando con el nuevo flujo de trabajo

Para llevar a cabo la transformación por choque térmico de E. coli, los científicos pueden seguir un protocolo sencillo. Mezclan células competentes de E. coli con ADN plasmídico y las someten a choque térmico para fomentar la absorción de ADN. Después, las células transformadas se cultivan y se siembran en medios de selección, donde crecerán en colonias con las modificaciones deseadas.

Para la conjugación con estreptomicetos, los investigadores preparan cultivos de E. coli, los lavan y los mezclan con esporas de estreptomicetos. La mezcla se siembra en medios selectivos, donde se pueden identificar los ex-conjugantes exitosos.

#Automatización amigable

Para agilizar todo el proceso, los investigadores también desarrollaron software fácil de usar para la creación de protocolos. Este software se integra con Jupyter Notebooks, permitiendo a los científicos ingresar detalles clave del experimento y generar los scripts robóticos necesarios. Los usuarios pueden interactuar visualmente con el cuaderno, simplificando la configuración y reduciendo la probabilidad de errores.

Además de hacer que el proceso sea más eficiente, este enfoque fomenta la colaboración entre los miembros del equipo, ya que permite que múltiples usuarios contribuyan a los flujos de trabajo incluso si otros se van.

#Pruebas y validación

Para poner a prueba su nuevo flujo de trabajo robótico, los investigadores llevaron a cabo experimentos para evaluar la eficiencia de la transformación y la conjugación. Con la transformación por choque térmico, compararon las tasas entre el robot y el método manual para asegurar resultados similares.

Para la eficiencia de la conjugación, experimentaron con diferentes combinaciones de cepas de E. coli y estreptomicetos, contando colonias y examinando muestras para entender mejor las tasas de éxito. La capacidad de ejecutar un mayor número de muestras mejoró su capacidad para evaluar la verdadera eficiencia y analizar la variabilidad potencial.

#El futuro de la automatización en la investigación de estreptomicetos

Como resultado de este trabajo, los investigadores han establecido un flujo de trabajo modular que cierra la brecha entre los sistemas manuales y los completamente automatizados. Al centrarse en la adaptabilidad y facilidad de uso, han creado una configuración que empodera a los usuarios para tomar el control de sus esfuerzos científicos, ya sean expertos experimentados o recién llegados al campo.

Con las mejoras continuas y la introducción de la programación literaria, el futuro de la automatización robótica en la investigación de estreptomicetos se ve brillante. A medida que más laboratorios adopten estas herramientas accesibles, pueden esperar ahorrar tiempo y reducir costos, allanando el camino para nuevos descubrimientos y avances en biotecnología.

En conclusión, la integración de la investigación de estreptomicetos con la automatización y la robótica no solo puede llevar a un trabajo de laboratorio más eficiente, sino también desbloquear nuevas posibilidades para desarrollar antibióticos que salvan vidas y productos agrícolas. Así que levantemos nuestras pipetas y brindemos por el futuro de las bacterias y los robots trabajando codo a codo—o debería decir, microbio a microbio!