RU2773331C1 - Tools, modules and methods for improved detection of edited sequences in live cells - Google Patents
Tools, modules and methods for improved detection of edited sequences in live cells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773331C1 RU2773331C1 RU2021102948A RU2021102948A RU2773331C1 RU 2773331 C1 RU2773331 C1 RU 2773331C1 RU 2021102948 A RU2021102948 A RU 2021102948A RU 2021102948 A RU2021102948 A RU 2021102948A RU 2773331 C1 RU2773331 C1 RU 2773331C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cells
- editing
- cell
- permeable
- reservoir
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title abstract description 10
- 230000001976 improved Effects 0.000 title description 21
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 202
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 150
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims abstract description 67
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 126
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 107
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 80
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 38
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 32
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 26
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 24
- 230000000717 retained Effects 0.000 claims description 23
- -1 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 21
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 claims description 10
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 10
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 9
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- 239000004713 Cyclic olefin copolymer Substances 0.000 claims description 8
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 claims description 8
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 6
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 abstract description 56
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 28
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 11
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 1242
- 101700080605 NUC1 Proteins 0.000 description 204
- 101700006494 nucA Proteins 0.000 description 204
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 174
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 162
- 239000002609 media Substances 0.000 description 138
- 229920002391 Guide RNA Polymers 0.000 description 100
- 108020005004 Guide RNA Proteins 0.000 description 100
- 238000000034 method Methods 0.000 description 88
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 84
- 238000009295 crossflow filtration Methods 0.000 description 83
- 238000004520 electroporation Methods 0.000 description 68
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 66
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 61
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 56
- 229920003013 deoxyribonucleic acid Polymers 0.000 description 54
- 229920001405 Coding region Polymers 0.000 description 53
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 52
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 50
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 47
- 229920001850 Nucleic acid sequence Polymers 0.000 description 45
- 125000000089 arabinosyl group Chemical class C1([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO1)* 0.000 description 45
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 40
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 39
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 39
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 37
- 239000001963 growth media Substances 0.000 description 36
- 229960005091 Chloramphenicol Drugs 0.000 description 34
- WIIZWVCIJKGZOK-RKDXNWHRSA-N Chloramphenicol Chemical compound ClC(Cl)C(=O)N[C@H](CO)[C@H](O)C1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 WIIZWVCIJKGZOK-RKDXNWHRSA-N 0.000 description 34
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 33
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 32
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M buffer Substances [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 30
- 206010013975 Dyspnoeas Diseases 0.000 description 26
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 25
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 25
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 24
- 239000000789 fastener Substances 0.000 description 24
- 229960003669 Carbenicillin Drugs 0.000 description 22
- FPPNZSSZRUTDAP-UWFZAAFLSA-N Carbenicillin Chemical compound N([C@H]1[C@H]2SC([C@@H](N2C1=O)C(O)=O)(C)C)C(=O)C(C(O)=O)C1=CC=CC=C1 FPPNZSSZRUTDAP-UWFZAAFLSA-N 0.000 description 22
- 108020004705 Codon Proteins 0.000 description 22
- 238000009632 agar plate Methods 0.000 description 22
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 22
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 21
- 238000011068 load Methods 0.000 description 21
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 20
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 20
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 20
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 19
- 229920000136 polysorbate Polymers 0.000 description 18
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 17
- 230000001580 bacterial Effects 0.000 description 16
- 238000010362 genome editing Methods 0.000 description 16
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 16
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 16
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 16
- 230000027455 binding Effects 0.000 description 15
- 229920000023 polynucleotide Polymers 0.000 description 15
- 239000002157 polynucleotide Substances 0.000 description 15
- 239000000047 product Substances 0.000 description 15
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 14
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 14
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 13
- 210000003527 eukaryotic cell Anatomy 0.000 description 13
- 230000002068 genetic Effects 0.000 description 13
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 13
- 229920000160 (ribonucleotides)n+m Polymers 0.000 description 12
- 229920000272 Oligonucleotide Polymers 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 108060003167 galK Proteins 0.000 description 12
- 230000001965 increased Effects 0.000 description 12
- 239000012465 retentate Substances 0.000 description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 11
- 239000006152 selective media Substances 0.000 description 11
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 10
- 238000011176 pooling Methods 0.000 description 10
- 101710011991 MYCBP2 Proteins 0.000 description 9
- 102100001279 PAM Human genes 0.000 description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 9
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 9
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 9
- 230000000295 complement Effects 0.000 description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 9
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 9
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 9
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 9
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 9
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 9
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 8
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 8
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 8
- 239000006142 Luria-Bertani Agar Substances 0.000 description 8
- 235000010419 agar Nutrition 0.000 description 8
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 8
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 8
- 230000023298 conjugation with cellular fusion Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 8
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 8
- 210000004962 mammalian cells Anatomy 0.000 description 8
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 230000021037 unidirectional conjugation Effects 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 7
- GZCGUPFRVQAUEE-KCDKBNATSA-N D-(+)-Galactose Natural products OC[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O GZCGUPFRVQAUEE-KCDKBNATSA-N 0.000 description 7
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 7
- 241000206672 Gelidium Species 0.000 description 7
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 7
- 210000004748 cultured cells Anatomy 0.000 description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 7
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 7
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 7
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 7
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 101700014779 GLB1 Proteins 0.000 description 6
- 101700005684 MLX Proteins 0.000 description 6
- 102100012730 MLX Human genes 0.000 description 6
- 239000006154 MacConkey agar Substances 0.000 description 6
- 108020004999 Messenger RNA Proteins 0.000 description 6
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 6
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 6
- 239000012160 loading buffer Substances 0.000 description 6
- 229920002106 messenger RNA Polymers 0.000 description 6
- 229920002496 poly(ether sulfone) Polymers 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 6
- 210000001236 prokaryotic cell Anatomy 0.000 description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 6
- 230000001718 repressive Effects 0.000 description 6
- 238000004805 robotic Methods 0.000 description 6
- 238000002741 site-directed mutagenesis Methods 0.000 description 6
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 6
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 6
- 229920000033 CRISPR Polymers 0.000 description 5
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 5
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 5
- 206010053759 Growth retardation Diseases 0.000 description 5
- SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N Kanamycin Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N 0.000 description 5
- 108010029485 Protein Isoforms Proteins 0.000 description 5
- 102000001708 Protein Isoforms Human genes 0.000 description 5
- 230000003213 activating Effects 0.000 description 5
- 230000003115 biocidal Effects 0.000 description 5
- 238000010367 cloning Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 231100000001 growth retardation Toxicity 0.000 description 5
- 229960000318 kanamycin Drugs 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000002703 mutagenesis Methods 0.000 description 5
- 231100000350 mutagenesis Toxicity 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 5
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 5
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 5
- 230000003612 virological Effects 0.000 description 5
- 229910000619 316 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920002287 Amplicon Polymers 0.000 description 4
- 229940064005 Antibiotic throat preparations Drugs 0.000 description 4
- 229940083879 Antibiotics FOR TREATMENT OF HEMORRHOIDS AND ANAL FISSURES FOR TOPICAL USE Drugs 0.000 description 4
- 229940042052 Antibiotics for systemic use Drugs 0.000 description 4
- 229940042786 Antitubercular Antibiotics Drugs 0.000 description 4
- 238000010354 CRISPR gene editing Methods 0.000 description 4
- 241000206602 Eukaryota Species 0.000 description 4
- 229940093922 Gynecological Antibiotics Drugs 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 4
- 239000004820 Pressure-sensitive adhesive Substances 0.000 description 4
- WYTGDNHDOZPMIW-UHOFOFEASA-O Serpentine Natural products O=C(OC)C=1[C@@H]2[C@@H]([C@@H](C)OC=1)C[n+]1c(c3[nH]c4c(c3cc1)cccc4)C2 WYTGDNHDOZPMIW-UHOFOFEASA-O 0.000 description 4
- 229940024982 Topical Antifungal Antibiotics Drugs 0.000 description 4
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 4
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 4
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 4
- 229940079866 intestinal antibiotics Drugs 0.000 description 4
- 229940005935 ophthalmologic Antibiotics Drugs 0.000 description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 4
- 230000001402 polyadenylating Effects 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000003530 single readout Methods 0.000 description 4
- 230000003007 single stranded DNA break Effects 0.000 description 4
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- 229920005681 CRISPR RNA Polymers 0.000 description 3
- 229920002301 Cellulose acetate Polymers 0.000 description 3
- 210000000349 Chromosomes Anatomy 0.000 description 3
- 102000003960 Ligases Human genes 0.000 description 3
- 108090000364 Ligases Proteins 0.000 description 3
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 3
- 229920002393 Microsatellite Polymers 0.000 description 3
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 3
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene (PE) Substances 0.000 description 3
- FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N [(2S,3R,4S,5R,6R)-2-[(2R,3R,4S,5R,6S)-4,5-dinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)-6-[(2R,3R,4S,5R,6S)-4,5,6-trinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-3,5-dinitrooxy-6-(nitrooxymethyl)oxan-4-yl] nitrate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O1)O[N+]([O-])=O)CO[N+](=O)[O-])[C@@H]1[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O[C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001464 adherent Effects 0.000 description 3
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003915 cell function Effects 0.000 description 3
- 230000004640 cellular pathway Effects 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 229920003086 cellulose ether Polymers 0.000 description 3
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 230000001627 detrimental Effects 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 3
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 3
- 238000009630 liquid culture Methods 0.000 description 3
- 230000002503 metabolic Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000010369 molecular cloning Methods 0.000 description 3
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 3
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 3
- 239000011528 polyamide (building material) Substances 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920003288 polysulfone Polymers 0.000 description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000002708 random mutagenesis Methods 0.000 description 3
- 238000003259 recombinant expression Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static Effects 0.000 description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 3
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 3
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000005030 transcription termination Effects 0.000 description 3
- 230000002103 transcriptional Effects 0.000 description 3
- 238000001890 transfection Methods 0.000 description 3
- 239000003981 vehicle Substances 0.000 description 3
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- ZZKNRXZVGOYGJT-VKHMYHEASA-N (2S)-2-[(2-phosphonoacetyl)amino]butanedioic acid Chemical compound OC(=O)C[C@@H](C(O)=O)NC(=O)CP(O)(O)=O ZZKNRXZVGOYGJT-VKHMYHEASA-N 0.000 description 2
- VHJLVAABSRFDPM-UHFFFAOYSA-N 1,4-dimercaptobutane-2,3-diol Chemical compound SCC(O)C(O)CS VHJLVAABSRFDPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UCSJYZPVAKXKNQ-HZYVHMACSA-N 1-[(1S,2R,3R,4S,5R,6R)-3-carbamimidamido-6-{[(2R,3R,4R,5S)-3-{[(2S,3S,4S,5R,6S)-4,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-3-(methylamino)oxan-2-yl]oxy}-4-formyl-4-hydroxy-5-methyloxolan-2-yl]oxy}-2,4,5-trihydroxycyclohexyl]guanidine Chemical compound CN[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@](C=O)(O)[C@H](C)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](NC(N)=N)[C@H](O)[C@@H](NC(N)=N)[C@H](O)[C@H]1O UCSJYZPVAKXKNQ-HZYVHMACSA-N 0.000 description 2
- BHELIUBJHYAEDK-OAIUPTLZSA-N Aspoxicillin Chemical compound C1([C@H](C(=O)N[C@@H]2C(N3[C@H](C(C)(C)S[C@@H]32)C(O)=O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC(=O)NC)=CC=C(O)C=C1 BHELIUBJHYAEDK-OAIUPTLZSA-N 0.000 description 2
- 102000011591 Cleavage And Polyadenylation Specificity Factor Human genes 0.000 description 2
- 108010076130 Cleavage And Polyadenylation Specificity Factor Proteins 0.000 description 2
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 2
- 230000004568 DNA-binding Effects 0.000 description 2
- 102000004163 DNA-directed RNA polymerases Human genes 0.000 description 2
- 108090000626 DNA-directed RNA polymerases Proteins 0.000 description 2
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 2
- 101700008821 EXO Proteins 0.000 description 2
- 101700083023 EXRN Proteins 0.000 description 2
- 210000002744 Extracellular Matrix Anatomy 0.000 description 2
- 229920002459 Intron Polymers 0.000 description 2
- QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N L-alanine Chemical compound C[C@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-UUNJERMWSA-N Lactose Natural products O([C@@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@H](O)O[C@@H]1CO)[C@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](CO)O1 GUBGYTABKSRVRQ-UUNJERMWSA-N 0.000 description 2
- 210000000088 Lip Anatomy 0.000 description 2
- XIXADJRWDQXREU-UHFFFAOYSA-M Lithium acetate Chemical compound [Li+].CC([O-])=O XIXADJRWDQXREU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229940071257 Lithium acetate Drugs 0.000 description 2
- 229920002332 Noncoding DNA Polymers 0.000 description 2
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 102000009572 RNA Polymerase II Human genes 0.000 description 2
- 108010009460 RNA Polymerase II Proteins 0.000 description 2
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 2
- 235000003534 Saccharomyces carlsbergensis Nutrition 0.000 description 2
- 229940081969 Saccharomyces cerevisiae Drugs 0.000 description 2
- 229920000978 Start codon Polymers 0.000 description 2
- RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N Thymine Chemical compound CC1=CNC(=O)NC1=O RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108020004417 Untranslated RNA Proteins 0.000 description 2
- 210000002845 Virion Anatomy 0.000 description 2
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000011543 agarose gel Substances 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 235000004279 alanine Nutrition 0.000 description 2
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 2
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 2
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101700082685 ampR Proteins 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000033077 cellular process Effects 0.000 description 2
- 230000004098 cellular respiration Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 230000002596 correlated Effects 0.000 description 2
- 230000002939 deleterious Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 2
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 2
- 230000001809 detectable Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 238000009510 drug design Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 230000002922 epistatic Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000002875 fluorescence polarization Methods 0.000 description 2
- 230000002538 fungal Effects 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000002744 homologous recombination Methods 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 description 2
- 239000012051 hydrophobic carrier Substances 0.000 description 2
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000006799 invasive growth in response to glucose limitation Effects 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 2
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 2
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 2
- 239000002502 liposome Substances 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000001404 mediated Effects 0.000 description 2
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 2
- 229920001894 non-coding RNA Polymers 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 229920002530 poly[4-(4-benzoylphenoxy)phenol] polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 2
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible Effects 0.000 description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 2
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 230000019491 signal transduction Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 2
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 2
- 230000004083 survival Effects 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 241000701161 unidentified adenovirus Species 0.000 description 2
- 241001430294 unidentified retrovirus Species 0.000 description 2
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 101700068896 yagP Proteins 0.000 description 2
- BRZYSWJRSDMWLG-DJWUNRQOSA-N (2R,3R,4R,5R)-2-[(1S,2S,3R,4S,6R)-4,6-diamino-3-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-amino-4,5-dihydroxy-6-[(1R)-1-hydroxyethyl]oxan-2-yl]oxy-2-hydroxycyclohexyl]oxy-5-methyl-4-(methylamino)oxane-3,5-diol Chemical compound O1C[C@@](O)(C)[C@H](NC)[C@@H](O)[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H]([C@@H](C)O)O2)N)[C@@H](N)C[C@H]1N BRZYSWJRSDMWLG-DJWUNRQOSA-N 0.000 description 1
- ZLMZUBWMXYINBC-JSCBLRFUSA-N (4S,4aS,5aS,6S,12aR)-4-(dimethylamino)-1,6,10,11,12a-pentahydroxy-6-methyl-3,12-dioxo-4,4a,5,5a-tetrahydrotetracene-2-carboxamide;(3R,4S,5S,6R,7R,9R,11R,12R,13S,14R)-6-[(2S,3R,4S,6R)-4-(dimethylamino)-3-hydroxy-6-methyloxan-2-yl]oxy-14-ethyl-7,12,13-trihy Chemical compound C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H](N(C)C)C(=O)C(C(N)=O)=C(O)[C@@]4(O)C(=O)C3=C(O)C2=C1O.O([C@@H]1[C@@H](C)C(=O)O[C@@H]([C@@]([C@H](O)[C@@H](C)C(=O)[C@H](C)C[C@@](C)(O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@H](C[C@@H](C)O2)N(C)C)O)[C@H]1C)(C)O)CC)[C@H]1C[C@@](C)(OC)[C@@H](O)[C@H](C)O1 ZLMZUBWMXYINBC-JSCBLRFUSA-N 0.000 description 1
- COVZYZSDYWQREU-UHFFFAOYSA-N 1,4-Butanediol, dimethanesulfonate Chemical compound CS(=O)(=O)OCCCCOS(C)(=O)=O COVZYZSDYWQREU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DUJGMZAICVPCBJ-VDAHYXPESA-N 4-amino-1-[(1R,4R,5S)-4,5-dihydroxy-3-(hydroxymethyl)cyclopent-2-en-1-yl]pyrimidin-2-one Chemical compound O=C1N=C(N)C=CN1[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)C(CO)=C1 DUJGMZAICVPCBJ-VDAHYXPESA-N 0.000 description 1
- UZOVYGYOLBIAJR-UHFFFAOYSA-N 4-isocyanato-4'-methyldiphenylmethane Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1CC1=CC=C(N=C=O)C=C1 UZOVYGYOLBIAJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BXJHWYVXLGLDMZ-UHFFFAOYSA-N 6-O-Methylguanine Chemical compound COC1=NC(N)=NC2=C1NC=N2 BXJHWYVXLGLDMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101710039984 9.1 Proteins 0.000 description 1
- 241000432074 Adeno-associated virus Species 0.000 description 1
- 102000002260 Alkaline Phosphatase Human genes 0.000 description 1
- 108020004774 Alkaline Phosphatase Proteins 0.000 description 1
- AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N Ampicillin Chemical compound C1([C@@H](N)C(=O)N[C@H]2[C@H]3SC([C@@H](N3C2=O)C(O)=O)(C)C)=CC=CC=C1 AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N 0.000 description 1
- 235000014722 Aralia cordata Nutrition 0.000 description 1
- 240000003150 Aralia cordata Species 0.000 description 1
- 241000203069 Archaea Species 0.000 description 1
- 241000479656 Bessa Species 0.000 description 1
- 229960001561 Bleomycin Drugs 0.000 description 1
- 108010006654 Bleomycin Proteins 0.000 description 1
- 210000001218 Blood-Brain Barrier Anatomy 0.000 description 1
- 102100016160 CAD Human genes 0.000 description 1
- 108060001249 CD24 Proteins 0.000 description 1
- 102100000197 CD24 Human genes 0.000 description 1
- 108060001251 CD34 Proteins 0.000 description 1
- 102100016492 CD34 Human genes 0.000 description 1
- 102100003292 CDA Human genes 0.000 description 1
- 241000282472 Canis lupus familiaris Species 0.000 description 1
- 210000000415 Chromosomes, Mammalian Anatomy 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 210000001520 Comb Anatomy 0.000 description 1
- 229940104302 Cytosine Drugs 0.000 description 1
- OPTASPLRGRRNAP-UHFFFAOYSA-N Cytosine Chemical compound NC=1C=CNC(=O)N=1 OPTASPLRGRRNAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N D-Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 101710007887 DHFR Proteins 0.000 description 1
- 102100005838 DHFR Human genes 0.000 description 1
- 231100000277 DNA damage Toxicity 0.000 description 1
- 239000003155 DNA primer Substances 0.000 description 1
- GRRNUXAQVGOGFE-UHFFFAOYSA-N Destomysin Chemical compound OC1C(NC)CC(N)C(O)C1OC1C2OC3(C(C(O)C(O)C(C(N)CO)O3)O)OC2C(O)C(CO)O1 GRRNUXAQVGOGFE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010059866 Drug resistance Diseases 0.000 description 1
- 239000006144 Dulbecco’s modified Eagle's medium Substances 0.000 description 1
- 108010031325 EC 3.5.4.5 Proteins 0.000 description 1
- 101700079760 EFCB Proteins 0.000 description 1
- 101710005090 ERVFC1-1 Proteins 0.000 description 1
- 101710013371 ERVS71-1 Proteins 0.000 description 1
- UPEZCKBFRMILAV-JNEQICEOSA-N Ecdysone Natural products O=C1[C@H]2[C@@](C)([C@@H]3C([C@@]4(O)[C@@](C)([C@H]([C@H]([C@@H](O)CCC(O)(C)C)C)CC4)CC3)=C1)C[C@H](O)[C@H](O)C2 UPEZCKBFRMILAV-JNEQICEOSA-N 0.000 description 1
- 108010042407 Endonucleases Proteins 0.000 description 1
- 229920000665 Exon Polymers 0.000 description 1
- 210000001808 Exosomes Anatomy 0.000 description 1
- ODKNJVUHOIMIIZ-RRKCRQDMSA-N Floxuridine Chemical compound C1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1N1C(=O)NC(=O)C(F)=C1 ODKNJVUHOIMIIZ-RRKCRQDMSA-N 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 1
- 102100007618 GSTA1 Human genes 0.000 description 1
- 101700076345 GSTA1 Proteins 0.000 description 1
- 101700069553 GSTF1 Proteins 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N Gentamicin Chemical compound O1[C@H](C(C)NC)CC[C@@H](N)[C@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](NC)[C@@](C)(O)CO2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N 0.000 description 1
- RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N Glutathione Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(=O)N[C@@H](CS)C(=O)NCC(O)=O RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N 0.000 description 1
- 229960003180 Glutathione Drugs 0.000 description 1
- 108010024636 Glutathione Proteins 0.000 description 1
- 102000009465 Growth Factor Receptors Human genes 0.000 description 1
- 108010009202 Growth Factor Receptors Proteins 0.000 description 1
- UYTPUPDQBNUYGX-UHFFFAOYSA-N Guanine Chemical group O=C1NC(N)=NC2=C1N=CN2 UYTPUPDQBNUYGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036499 Half live Effects 0.000 description 1
- 210000003958 Hematopoietic Stem Cells Anatomy 0.000 description 1
- 210000000777 Hematopoietic System Anatomy 0.000 description 1
- 210000004458 Heterochromatin Anatomy 0.000 description 1
- 108010034791 Heterochromatin Proteins 0.000 description 1
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 1
- 229940088597 Hormone Drugs 0.000 description 1
- 229940097277 Hygromycin B Drugs 0.000 description 1
- 101700082799 IL2RA Proteins 0.000 description 1
- 102100002950 ISG20 Human genes 0.000 description 1
- 101700015336 ISG20 Proteins 0.000 description 1
- 108020004684 Internal Ribosome Entry Sites Proteins 0.000 description 1
- 108020004391 Introns Proteins 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N L-glutamine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N L-leucine Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 1
- OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N L-tyrosine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 1
- KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N L-valine Chemical compound CC(C)[C@H](N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- 102100005410 LINE-1 retrotransposable element ORF2 protein Human genes 0.000 description 1
- 241000209510 Liliopsida Species 0.000 description 1
- 102100014011 MAD2L1 Human genes 0.000 description 1
- 101710036146 MAD2L1 Proteins 0.000 description 1
- 102100008541 MGMT Human genes 0.000 description 1
- 101700032543 MXI1 Proteins 0.000 description 1
- 108010047230 Member 1 Subfamily B ATP Binding Cassette Transporter Proteins 0.000 description 1
- 101710017500 MitHPPK/DHPS Proteins 0.000 description 1
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 1
- FLAQQSHRLBFIEZ-UHFFFAOYSA-N N-Methyl-N-nitroso-4-oxo-4-(3-pyridyl)butyl amine Chemical compound O=NN(C)CCCC(=O)C1=CC=CN=C1 FLAQQSHRLBFIEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000007339 Nerve Growth Factor Receptors Human genes 0.000 description 1
- 108010032605 Nerve Growth Factor Receptors Proteins 0.000 description 1
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 1
- DLGOEMSEDOSKAD-UHFFFAOYSA-N Nitrumon Chemical compound ClCCNC(=O)N(N=O)CCCl DLGOEMSEDOSKAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000004940 Nucleus Anatomy 0.000 description 1
- RXWNCPJZOCPEPQ-NVWDDTSBSA-N PUROMYCIN Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1C[C@H](N)C(=O)N[C@H]1[C@@H](O)[C@H](N2C3=NC=NC(=C3N=C2)N(C)C)O[C@@H]1CO RXWNCPJZOCPEPQ-NVWDDTSBSA-N 0.000 description 1
- 229950010131 PUROMYCIN Drugs 0.000 description 1
- 241000196435 Prunus domestica subsp. insititia Species 0.000 description 1
- 102000017143 RNA Polymerase I Human genes 0.000 description 1
- 108010013845 RNA Polymerase I Proteins 0.000 description 1
- 102000014450 RNA Polymerase III Human genes 0.000 description 1
- 108010078067 RNA Polymerase III Proteins 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 108020004511 Recombinant DNA Proteins 0.000 description 1
- 229920001785 Response element Polymers 0.000 description 1
- PNNNRSAQSRJVSB-BXKVDMCESA-N Rhamnose Chemical compound C[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)C=O PNNNRSAQSRJVSB-BXKVDMCESA-N 0.000 description 1
- 108020004418 Ribosomal RNA Proteins 0.000 description 1
- 239000006146 Roswell Park Memorial Institute medium Substances 0.000 description 1
- 229960005322 Streptomycin Drugs 0.000 description 1
- 102000018075 Subfamily B ATP Binding Cassette Transporter Human genes 0.000 description 1
- 102400000368 Surface protein Human genes 0.000 description 1
- 238000010459 TALEN Methods 0.000 description 1
- 235000001211 Talinum portulacifolium Nutrition 0.000 description 1
- 240000004958 Talinum portulacifolium Species 0.000 description 1
- NKANXQFJJICGDU-QPLCGJKRSA-N Tamoxifen Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(/CC)=C(C=1C=CC(OCCN(C)C)=CC=1)/C1=CC=CC=C1 NKANXQFJJICGDU-QPLCGJKRSA-N 0.000 description 1
- 229960001603 Tamoxifen Drugs 0.000 description 1
- 229960002180 Tetracycline Drugs 0.000 description 1
- OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N Tetracycline Chemical compound C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H](N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N 0.000 description 1
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 description 1
- 102000005497 Thymidylate Synthase Human genes 0.000 description 1
- 108010067449 Thymidylate Synthase Proteins 0.000 description 1
- 229940113082 Thymine Drugs 0.000 description 1
- 108010043645 Transcription Activator-Like Effector Nucleases Proteins 0.000 description 1
- ISAKRJDGNUQOIC-UHFFFAOYSA-N Uracil Chemical group O=C1C=CNC(=O)N1 ISAKRJDGNUQOIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N adenyl group Chemical group N1=CN=C2N=CNC2=C1N GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002168 alkylating agent Substances 0.000 description 1
- 108060003434 alpha Proteins 0.000 description 1
- 125000000539 amino acid group Chemical group 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000723 ampicillin Drugs 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 1
- 102000038129 antigens Human genes 0.000 description 1
- 108091007172 antigens Proteins 0.000 description 1
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- OYVAGSVQBOHSSS-UAPAGMARSA-O bleomycin A2 Chemical compound N([C@H](C(=O)N[C@H](C)[C@@H](O)[C@H](C)C(=O)N[C@@H]([C@H](O)C)C(=O)NCCC=1SC=C(N=1)C=1SC=C(N=1)C(=O)NCCC[S+](C)C)[C@@H](O[C@H]1[C@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](CO)O1)O[C@@H]1[C@H]([C@@H](OC(N)=O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1)O)C=1N=CNC=1)C(=O)C1=NC([C@H](CC(N)=O)NC[C@H](N)C(N)=O)=NC(N)=C1C OYVAGSVQBOHSSS-UAPAGMARSA-O 0.000 description 1
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 1
- 229960002092 busulfan Drugs 0.000 description 1
- NTXGQCSETZTARF-UHFFFAOYSA-N buta-1,3-diene;prop-2-enenitrile Chemical compound C=CC=C.C=CC#N NTXGQCSETZTARF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 229960005243 carmustine Drugs 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 1
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 1
- 230000022534 cell killing Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000001767 chemoprotection Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 229960005188 collagen Drugs 0.000 description 1
- 230000002860 competitive Effects 0.000 description 1
- 230000000536 complexating Effects 0.000 description 1
- 230000001010 compromised Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- ZOUQIAGHKFLHIA-UHFFFAOYSA-L copper;N,N-dimethylcarbamodithioate Chemical compound [Cu+2].CN(C)C([S-])=S.CN(C)C([S-])=S ZOUQIAGHKFLHIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001351 cycling Effects 0.000 description 1
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading Effects 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 230000000779 depleting Effects 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing Effects 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 239000006160 differential media Substances 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 102000004419 dihydrofolate reductase family Human genes 0.000 description 1
- 108020001096 dihydrofolate reductase family Proteins 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drugs Drugs 0.000 description 1
- UPEZCKBFRMILAV-JMZLNJERSA-N ecdysone Chemical compound C1[C@@H](O)[C@@H](O)C[C@]2(C)[C@@H](CC[C@@]3([C@@H]([C@@H]([C@H](O)CCC(C)(C)O)C)CC[C@]33O)C)C3=CC(=O)[C@@H]21 UPEZCKBFRMILAV-JMZLNJERSA-N 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 1
- 238000001943 fluorescence-activated cell sorting Methods 0.000 description 1
- 102000034387 fluorescent proteins Human genes 0.000 description 1
- 108091006031 fluorescent proteins Proteins 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000005021 gait Effects 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 108091006088 gene-regulatory proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000034448 gene-regulatory proteins Human genes 0.000 description 1
- 231100000118 genetic alteration Toxicity 0.000 description 1
- 230000004077 genetic alteration Effects 0.000 description 1
- 230000005017 genetic modification Effects 0.000 description 1
- 235000013617 genetically modified food Nutrition 0.000 description 1
- 238000010355 genome engineering Methods 0.000 description 1
- 229960002518 gentamicin Drugs 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 108010092206 glutathione S-transferase alpha Proteins 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000011031 large scale production Methods 0.000 description 1
- 230000001665 lethal Effects 0.000 description 1
- 231100000518 lethal Toxicity 0.000 description 1
- 230000000670 limiting Effects 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 238000001638 lipofection Methods 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 101700017063 mad2 Proteins 0.000 description 1
- 238000009285 membrane fouling Methods 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 108040008770 methylated-DNA-[protein]-cysteine S-methyltransferase activity proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000002493 microarray Methods 0.000 description 1
- 230000000813 microbial Effects 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000000520 microinjection Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 230000003278 mimic Effects 0.000 description 1
- 239000006151 minimal media Substances 0.000 description 1
- 238000000302 molecular modelling Methods 0.000 description 1
- 230000003505 mutagenic Effects 0.000 description 1
- 239000003471 mutagenic agent Substances 0.000 description 1
- 231100000707 mutagenic chemical Toxicity 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013615 non-nutritive sweetener Nutrition 0.000 description 1
- 239000006916 nutrient agar Substances 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 238000002515 oligonucleotide synthesis Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 101700016463 pls Proteins 0.000 description 1
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 description 1
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000036678 protein binding Effects 0.000 description 1
- 239000011546 protein dye Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 108700000006 regulatory domains Proteins 0.000 description 1
- 230000000754 repressing Effects 0.000 description 1
- 108091007521 restriction endonucleases Proteins 0.000 description 1
- 101710004466 rgy Proteins 0.000 description 1
- 101710030364 rgy1 Proteins 0.000 description 1
- 101710030359 rgy2 Proteins 0.000 description 1
- 229920002973 ribosomal RNA Polymers 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000009394 selective breeding Methods 0.000 description 1
- 238000002864 sequence alignment Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 description 1
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 1
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 102000003995 transcription factors Human genes 0.000 description 1
- 108090000464 transcription factors Proteins 0.000 description 1
- 230000005026 transcription initiation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 239000010981 turquoise Substances 0.000 description 1
- 238000007039 two-step reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000004474 valine Substances 0.000 description 1
- 239000000277 virosome Substances 0.000 description 1
- 238000005493 welding type Methods 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N β-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
[0001] Настоящая международная патентная заявка испрашивает приоритет американских предварительных заявок №№ 62/718449, поданной 14 августа 2018 г.; 62/735365, поданной 24 сентября 2018 г.; 62/781112, поданной 18 декабря 2018 г.; и 62/779119, поданной 13 декабря 2018 г.; а также американского патента № 10253316, выданного 09 апреля 2019 г. [0001] This international patent application claims the priority of U.S. Provisional Applications Nos. 62/718449, filed August 14, 2018; 62/735365, filed September 24, 2018; 62/781112, filed December 18, 2018; and 62/779119, filed December 13, 2018; as well as U.S. Patent No. 10253316, issued April 09, 2019.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
[0002] Настоящее изобретение относится к усовершенствованным инструментам, модулям и способам для скрининга, выбора, и таким образом оптимизации обнаружения изменений генома в живых клетках. [0002] The present invention relates to improved tools, modules and methods for screening, selecting, and thus optimizing the detection of genome changes in living cells.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
[0003] В следующем обсуждении некоторые статьи и способы будут описаны для справочных и вводных целей. Ничто из содержащегося в настоящем документе не должно рассматриваться как «признание» предшествующего уровня техники. Заявитель явно оставляет за собой право продемонстрировать, когда это целесообразно, что способы, упомянутые в настоящем документе, не являются предшествующим уровнем техники в соответствии с применимыми положениями закона. [0003] In the following discussion, certain articles and methods will be described for reference and introductory purposes. Nothing contained herein should be construed as an "admission" of prior art. Applicant expressly reserves the right to demonstrate, where appropriate, that the methods referred to herein are not prior art under applicable law.
[0004] Возможность вносить точные и целенаправленные изменения в геном живых клеток является давней целью биомедицинских исследований и разработок. В последнее время были идентифицированы различные нуклеазы, которые позволяют манипулировать последовательностями генов и, следовательно, функцией генов. Эти нуклеазы включают в себя направляемые нуклеиновыми кислотами нуклеазы, которые позволяют исследователям вносить постоянные изменения в живые клетки. Текущие протоколы, использующие направляемые нуклеиновыми кислотами нуклеазные системы, обычно используют постоянно экспрессируемые нуклеазные компоненты для обеспечения высокоэффективного редактирования. Однако в объединенных или мультиплексных форматах постоянная экспрессия редактирующих компонентов может привести к быстрому истощению отредактированных типов клеток и к селективному обогащению клеток, которые не были отредактированы. Это происходит в большинстве типов клеток, потому что только небольшая часть (<1-5%) клеток переживает введение разрывов двухцепочечной ДНК (dsDNA), и таким образом эти клетки вносят меньшее количество жизнеспособных клеток в получаемые популяции по сравнению с неотредактированными клетками, не испытавшими разрыва двухцепочечной ДНК. [0004] The ability to make precise and targeted changes to the genome of living cells has been a longstanding goal of biomedical research and development. Recently, various nucleases have been identified that allow the manipulation of gene sequences and hence the function of genes. These nucleases include nucleic acid-directed nucleases that allow researchers to make permanent changes to living cells. Current protocols using nucleic acid-driven nuclease systems typically use constituency-expressed nuclease components to provide highly efficient editing. However, in pooled or multiplex formats, persistent expression of editing components can lead to rapid depletion of edited cell types and selective enrichment of cells that have not been edited. This occurs in most cell types because only a small proportion (<1-5%) of cells survive the introduction of double-stranded DNA (dsDNA) breaks, and thus these cells contribute fewer viable cells to the resulting populations compared to unedited, untreated cells. breakage of double-stranded DNA.
[0005] Таким образом, в области генного редактирования с помощью направляемых нуклеиновыми кислотами нуклеаз существует потребность в улучшенных инструментах, модулях и способах для редактирования генома, а также для идентификации и обогащения отредактированных клеток. Настоящее изобретение удовлетворяет эту потребность.[0005] Thus, in the field of gene editing using nucleic acid-directed nucleases, there is a need for improved tools, modules and methods for editing the genome, as well as for identifying and enriching edited cells. The present invention satisfies this need.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[0006] Данное описание сущности изобретения предназначено для того, чтобы в упрощенной форме сделать введение в набор концепций, которые описываются ниже в подробном описании. Данный раздел не предназначен для того, чтобы идентифицировать все ключевые или существенные особенности заявленного предмета, а также он не предназначен для того, чтобы ограничивать область охвата заявленного предмета. Другие особенности, подробности и преимущества заявленного предмета изобретения станут очевидными из следующего подробного описания, включая аспекты, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах и определенные в прилагаемой формуле изобретения. [0006] This Summary is intended to provide a simplified introduction to the set of concepts that are described in the Detailed Description below. This section is not intended to identify all key or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to limit the scope of the claimed subject matter. Other features, details and advantages of the claimed subject matter will become apparent from the following detailed description, including the aspects illustrated in the accompanying drawings and defined in the appended claims.
[0007] Настоящее изобретение предлагает инструменты, модули и способы для жестко регулируемой экспрессии компонентов направляемых нуклеиновой кислотой нуклеазных систем редактирования, которые позволяют разделить процессы трансформации и редактирования генома. Эти композиции и способы используют конструкции индуцибельной направляющей РНК (гРНК), приводящие к увеличенной наблюдаемой эффективности трансформации и удобному для автоматизации контролю над временем и продолжительностью процесса редактирования. Кроме того, эти инструменты, модули и способы обеспечивают автоматизированный высокопроизводительный и чрезвычайно чувствительный скрининг для идентификации отредактированных клеток. Эти инструменты, модули и способы используют преимущества сингуляции или существенной сингуляции, где термин «сингуляция» в этом контексте относится к процессу разделения клеток и выращивания их в клонально изолированные форматы. Термин «существенная сингуляция» относится к процессу разделения клеток в популяции клеток на «группы» из 2-100, или 2-50, и предпочтительно 2-10 клеток. Сингуляция, сопровождаемая начальным периодом роста, индукцией редактирования, и нормализацией роста, приводит к обогащению отредактированных клеток. Кроме того, описанные в настоящем документе инструменты, модули и способы облегчают «отбор» отредактированных колоний клеток, обеспечивая прямой выбор отредактированных клеток. Сингуляция или существенная сингуляция помогают преодолеть уклон роста в сторону неотредактированных клеток, который возникает при конкурентных режимах роста, таких как массовая жидкая культура. Действительно, было определено, что устранение смещения скорости роста посредством сингуляции или существенной сингуляции, индукции и нормализации улучшает наблюдаемую эффективность редактирования до 4 раз (например, с 10% до 40% абсолютной эффективности в масштабе популяции) или больше по сравнению с традиционными способами, и, кроме того, отбор колоний с использованием описанных в настоящем документе способов увеличивает наблюдаемую эффективность редактирования до 8 раз (например, с 10% до 80% абсолютной эффективности в масштабе популяции) по сравнению с традиционными способами. Таким образом, комбинация сингуляции или существенной сингуляции, роста, индукции редактирования, и нормализации или отбора улучшает наблюдаемую эффективность редактирования до 8 раз по сравнению с традиционными способами, в которых сингуляция или существенная сингуляция, рост, индукция редактирования и нормализация или отбор не используются.[0007] The present invention provides tools, modules, and methods for tightly regulated expression of components of nucleic acid-directed nuclease editing systems that allow separation of transformation and genome editing processes. These compositions and methods use inducible guide RNA (gRNA) constructs resulting in increased observed transformation efficiency and easy to automate control over the time and duration of the editing process. In addition, these tools, modules and methods provide automated, high throughput and extremely sensitive screening for the identification of edited cells. These tools, modules and methods take advantage of singulation or essential singulation, where the term "singulation" in this context refers to the process of separating cells and growing them into clonally isolated formats. The term "substantial singulation" refers to the process of dividing cells in a population of cells into "groups" of 2-100, or 2-50, and preferably 2-10 cells. Singulation, followed by an initial period of growth, editing induction, and growth normalization, results in enrichment of the edited cells. In addition, the tools, modules, and methods described herein facilitate "selection" of edited cell colonies by providing direct selection of edited cells. Singulation or substantial singulation helps overcome the growth bias towards unedited cells that occurs with competitive growth regimes such as bulk liquid culture. Indeed, removing growth rate bias through singulation or significant singulation, induction, and normalization has been found to improve observed editing efficiency up to 4-fold (e.g., from 10% to 40% absolute population-scale efficiency) or more compared to conventional methods, and in addition, colony selection using the methods described herein increases the observed editing efficiency up to 8-fold (eg, from 10% to 80% absolute population-scale efficiency) compared to conventional methods. Thus, the combination of singulation or significant singulation, growth, editing induction, and normalization or selection improves the observed editing efficiency by up to 8 times compared to traditional methods in which singulation or significant singulation, growth, editing induction and normalization or selection are not used.
[0008] Одним особенно простым модулем или устройством для сингуляции или существенной сингуляции является устройство со сплошной стенкой, где клетки по существу изолируются, выращиваются в клональном формате, индуцируется редактирование и используется либо нормализация, либо отбор. Устройства или модули со сплошной стенкой и их использование подробно описываются в настоящем документе. Эти инструменты, модули и способы в некоторых вариантах осуществления обеспечивают нормализацию колоний отредактированных и неотредактированных клеток. Нормализация относится к росту колоний клеток - отредактированных или неотредактированных - до конечного размера; то есть к выращиванию клеток до тех пор, пока клетки в колониях не войдут в стадию старения из-за, например, истощения питательных веществ или ограниченного пространства для дальнейшего роста. Нормализация колоний клеток обогащает отредактированные клетки, поскольку отредактированные клетки получают равное положение с неотредактированными клетками. Дополнительно к этому, эти инструменты, модули и способы облегчают «отбор» колоний. Отбор обеспечивает прямой выбор отредактированных клеток за счет использования вызванной редактированием задержки роста отредактированных колоний. Отбор колоний с использованием описанных в настоящем документе инструментов, модулей и способов может более чем в два раза увеличить наблюдаемую эффективность редактирования в результате сингуляции или существенной сингуляции. [0008] One particularly simple module or device for singulation or significant singulation is a solid wall device where cells are essentially isolated, grown in clonal format, editing is induced, and either normalization or selection is used. Solid wall devices or modules and their use are described in detail in this document. These tools, modules, and methods, in some embodiments, normalize edited and unedited cell colonies. Normalization refers to the growth of colonies of cells - edited or unedited - to a final size; that is, to grow the cells until the cells in the colonies enter the senescence stage due to, for example, nutrient depletion or limited space for further growth. Normalization of cell colonies enriches the edited cells, as the edited cells get an equal standing with the unedited cells. In addition, these tools, modules, and methods facilitate the "selection" of colonies. The selection provides a direct selection of the edited cells by exploiting the edit-induced growth inhibition of the edited colonies. Colony selection using the tools, modules and methods described herein can more than double the observed editing efficiency resulting from singulation or significant singulation.
[0009] Некоторые варианты осуществления этих инструментов, модулей и способов предусматривают обогащение отредактированных клеток во время направляемого нуклеиновой кислотой нуклеазного редактирования, где способы содержат трансформацию клеток одним или несколькими векторами, содержащими промотор, управляющий экспрессией нуклеазы, промотор, управляющий транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты, и последовательность донорной ДНК, причем один или оба из промоторов, управляющий транскрипцией нуклеазы или направляющей нуклеиновой кислоты, представляют собой индуцибельный промотор; разбавление трансформированных клеток до концентрации клеток, достаточной для существенной сингуляции трансформированных клеток на субстрате; выращивание по существу сингулированных клеток на субстрате; инициирование редактирования путем индукции индуцибельного промотора (промоторов); и либо 1) выращивание колоний клеток, полученных из индуцированных клеток, до колоний конечного размера (например, нормализация колоний клеток) и сбор нормализованных колоний клеток; либо 2) мониторинг роста колоний клеток на субстрате с последующим отбором медленно растущих колоний. [0009] Some embodiments of these tools, modules, and methods provide for the enrichment of edited cells during nucleic acid-directed nuclease editing, wherein the methods comprise transforming cells with one or more vectors comprising a promoter that directs nuclease expression, a promoter that directs transcription of the target nucleic acid, and a donor DNA sequence, wherein one or both of the promoters driving the transcription of the nuclease or the target nucleic acid are an inducible promoter; diluting the transformed cells to a cell concentration sufficient to substantially singulate the transformed cells onto the substrate; growing substantially singulated cells on a substrate; initiating editing by inducing an inducible promoter(s); and either 1) growing colonies of cells derived from induced cells to final size colonies (eg, normalizing cell colonies) and harvesting normalized cell colonies; or 2) monitoring the growth of cell colonies on the substrate, followed by the selection of slowly growing colonies.
[0010] Таким образом, в некоторых вариантах осуществления предлагается узел сингуляции со сплошной стенкой для сингуляции или существенной сингуляции, роста, индукции редактирования и нормализации или отбора («модуль изоляции/индукции/нормализации со сплошной стенкой» или «SWIIN»), содержащий: удерживающий элемент, содержащий верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, который содержит по меньшей мере один канал распределения удерживаемого вещества, который пересекает удерживающий элемент от его верхней поверхности до его нижней поверхности на большей части длины удерживающего элемента; в котором нижняя поверхность удерживающего элемента содержит удерживающие ребра, между которыми расположены направляющие для потока удерживаемого вещества; в котором удерживающий элемент дополнительно содержит одно или более отверстий удерживающего элемента, выполненных с возможностью подачи клеток и жидкости в удерживающий элемент и удаления клеток и жидкости из удерживающего элемента; и в котором отверстия удерживающего элемента гидравлически связаны с каналом распределения удерживаемого вещества и направляющими потока удерживаемого вещества; перфорированный элемент с верхней поверхностью и нижней поверхностью, в котором верхняя поверхность перфорированного элемента расположена ниже и рядом с нижней поверхностью удерживающего элемента, и в котором перфорированный элемент содержит по меньшей мере 25000 отверстий; фильтр с верхней поверхностью и нижней поверхностью, в котором верхняя поверхность фильтра расположена ниже и рядом с нижней поверхностью перфорированного элемента, и в котором нижняя поверхность фильтра расположена выше и рядом верхней поверхностью проницаемого элемента; уплотнение, окружающее перфорированный элемент и фильтр; и проницаемый элемент, содержащий верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, который содержит по меньшей мере один канал распределения пермеата, который пересекает проницаемый элемент от его нижней поверхности до его верхней поверхности на большую часть длины проницаемого элемента; в котором верхняя поверхность проницаемого элемента содержит проницаемые ребра, между которыми расположены направляющие потока пермеата; в котором проницаемый элемент дополнительно содержит одно или более отверстий проницаемого элемента, выполненных с возможностью подачи жидкости в проницаемый элемент и удаления жидкости из проницаемого элемента; и в котором отверстия проницаемого элемента гидравлически связаны с каналом распределения пермеата и направляющими потока пермеата; а также средство для соединения удерживающего элемента, перфорированного элемента, фильтра, уплотнения и проницаемого элемента.[0010] Thus, in some embodiments, a solid wall singulation assembly for singulation or significant singulation, growth, editing induction, and normalization or selection ("solid wall isolation/induction/normalization module" or "SWIIN") is provided, comprising: a holding element comprising an upper surface and a lower surface, which contains at least one distribution channel of the retained substance, which crosses the holding element from its upper surface to its lower surface for most of the length of the holding element; in which the lower surface of the retaining element contains retaining ribs, between which there are guides for the flow of the retained substance; wherein the retaining member further comprises one or more retaining member openings configured to supply cells and fluid to the retaining member and remove cells and fluid from the retaining member; and in which the openings of the retaining element are hydraulically connected with the retained substance distribution channel and the retained substance flow guides; a perforated element with a top surface and a bottom surface, in which the upper surface of the perforated element is located below and adjacent to the bottom surface of the retaining element, and in which the perforated element contains at least 25,000 holes; a filter with a top surface and a bottom surface, in which the top surface of the filter is located below and adjacent to the bottom surface of the perforated element, and in which the bottom surface of the filter is located above and adjacent to the upper surface of the perforated element; a seal surrounding the perforated element and the filter; and a permeable element comprising an upper surface and a lower surface, which contains at least one permeate distribution channel that intersects the permeable element from its lower surface to its upper surface for most of the length of the permeate element; in which the upper surface of the permeable element contains permeable ribs, between which are permeate flow guides; in which the permeable element further comprises one or more openings of the permeable element, configured to supply liquid to the permeable element and remove liquid from the permeable element; and wherein the orifices of the permeate member are in fluid communication with the permeate distribution channel and the permeate flow guides; as well as a means for connecting the retaining element, the perforated element, the filter, the seal and the permeable element.
[0011] В некоторых аспектах варианта осуществления узла сингуляции средство для соединения удерживающего элемента, перфорированного элемента, фильтра, уплотнения и проницаемого элемента содержит ультразвуковую сварку, а в других аспектах это средство содержит чувствительное к давлению клейкое вещество, соединение с помощью растворителя, сопряженные фитинги или комбинацию клейких веществ, сварки, соединения с помощью растворителя и сопряженных фитингов; а также другие такие крепежные детали и соединения. В некоторых аспектах узла сингуляции перфорированный элемент содержит по меньшей мере 50000; 100000; 150000; 200000, 250000 отверстий или больше, и в некоторых аспектах SWIIN представляет собой составной SWIIN, и каждая часть составного SWIIN содержит перфорированный элемент, имеющий по меньшей мере 50000; 100000; 150000; 200000, 250000 отверстий. В некоторых аспектах удерживающий и проницаемый элементы изготовляются из поликарбоната, циклического сополимера олефина, или поли(метилметакрилата); и в некоторых аспектах удерживающий и проницаемый элементы имеют размеры от 75 мм до 350 мм в длину, от 50 мм до 250 мм в ширину и от 2 мм до 15 мм в толщину. В некоторых аспектах узла сингуляции удерживающий и проницаемый элементы имеют размеры от 150 мм до 250 мм в длину, от 100 мм до 150 мм в ширину и от 4 мм до 8 мм в толщину. В некоторых аспектах узла сингуляции имеется два канала распределения пермеата и/или два канала распределения удерживаемого вещества, и в некоторых аспектах каналы распределения удерживаемого вещества и/или каналы распределения пермеата составляют приблизительно 150 мм в длину и 1 мм в ширину. В некоторых аспектах удерживающие и/или проницаемые ребра составляют приблизительно 0,5 мм в высоту и 80 мм в длину, и в некоторых аспектах направляющие потока удерживаемого вещества и/или пермеата имеют приблизительно 5 мм в ширину. В некоторых аспектах объем узла сингуляции составляет от 15 мл до 100 мл. [0011] In some aspects of an embodiment of the singulation assembly, the means for connecting the retaining element, the perforated element, the filter, the seal, and the permeable element comprises ultrasonic welding, and in other aspects, the means comprises a pressure-sensitive adhesive, a solvent bond, mating fittings, or a combination of adhesives, welding, solvent bonding and mating fittings; and other such fasteners and connections. In some aspects of the singulation node, the perforated element contains at least 50,000; 100000; 150000; 200,000, 250,000 holes or more, and in some aspects, the SWIIN is a composite SWIIN, and each part of the composite SWIIN contains a perforated element having at least 50,000; 100000; 150000; 200,000, 250,000 holes. In some aspects, the retaining and permeable elements are made from polycarbonate, a cyclic olefin copolymer, or poly(methyl methacrylate); and in some aspects, the retaining and permeable members are 75 mm to 350 mm long, 50 mm to 250 mm wide, and 2 mm to 15 mm thick. In some aspects of the singulation assembly, the retaining and permeable elements are 150 mm to 250 mm long, 100 mm to 150 mm wide, and 4 mm to 8 mm thick. In some aspects of the singulation assembly, there are two permeate distribution channels and/or two retention channels, and in some aspects the retention channels and/or permeate distribution channels are approximately 150 mm long and 1 mm wide. In some aspects, the retaining and/or permeate fins are about 0.5 mm high and 80 mm long, and in some aspects the retainer and/or permeate flow guides are about 5 mm wide. In some aspects, the volume of the singulation node is from 15 ml to 100 ml.
[0012] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения предлагают модуль SWIIN, содержащий узел сингуляции и дополнительно содержащий: резервуарный узел, содержащий по меньшей мере два резервуара, в котором первый резервуар является 1) гидравлически связанным по меньшей мере с одним отверстием резервуара, через которое жидкости и/или клетки попадают снаружи модуля SWIIN в первый резервуар, 2) гидравлически связанным с отверстием резервуара/канала, через которое жидкости и/или клетки текут в одно или более отверстий удерживающего элемента; и 3) пневматически связанным с источником давления; второй резервуар является 1) гидравлически связанным по меньшей мере с одним отверстием резервуара, через которое жидкости попадают снаружи модуля SWIIN во второй резервуар, 2) гидравлически связанным с отверстием резервуара/канала, через которое жидкости текут в одно или более отверстий проницаемого элемента; и 3) пневматически связанным с источником давления; и крышку SWIIN. В некоторых аспектах варианта осуществления модуля SWIIN модуль SWIIN дополнительно содержит два добавочных резервуара, причем первый и третий резервуар являются 1) гидравлически связанными по меньшей мере с двумя отверстиями резервуара, через которые жидкости и/или клетки попадают снаружи модуля SWIIN в первый и третий резервуары, 2) гидравлически связанными с отверстием резервуара/канала, через которое жидкости и/или клетки текут по меньшей мере в два отверстия удерживающего элемента; и 3) пневматически связанными с источником давления; а второй и четвертый резервуар являются 1) гидравлически связанными по меньшей мере с двумя отверстиями резервуара, через которые жидкости попадают снаружи модуля SWIIN во второй и четвертый резервуары, 2) гидравлически связанными с отверстием резервуара/канала, через которое жидкости текут по меньшей мере в два отверстия проницаемого элемента; и 3) пневматически связанными с источником давления. [0012] Some embodiments of the present invention provide a SWIIN module comprising a singulation assembly and further comprising: a reservoir assembly comprising at least two reservoirs, wherein the first reservoir is 1) in fluid communication with at least one reservoir opening through which liquids and /or the cells enter from outside the SWIIN module into a first reservoir 2) in fluid communication with a reservoir/channel opening through which fluids and/or cells flow into one or more of the retaining member's openings; and 3) pneumatically connected to a pressure source; the second reservoir is 1) in fluid communication with at least one reservoir opening through which fluids enter from outside the SWIIN module into the second reservoir, 2) in fluid communication with a reservoir/channel opening through which fluids flow into one or more permeable element apertures; and 3) pneumatically connected to a pressure source; and a SWIIN cap. In some aspects of an embodiment of the SWIIN module, the SWIIN module further comprises two additional reservoirs, wherein the first and third reservoirs are 1) fluidly connected to at least two reservoir openings through which fluids and/or cells enter from outside the SWIIN module into the first and third reservoirs, 2) fluidly connected to the opening of the reservoir/channel through which fluids and/or cells flow into at least two openings of the retaining element; and 3) pneumatically connected to a pressure source; and the second and fourth reservoirs are 1) in fluid communication with at least two reservoir openings through which fluids enter the outside of the SWIIN module into the second and fourth reservoirs, 2) in fluid communication with the reservoir/channel opening through which fluids flow into at least two openings of the permeable element; and 3) pneumatically connected to a pressure source.
[0013] В некоторых аспектах варианта осуществления модуля SWIIN крышка SWIIN содержит часть крышки резервуара крышки SWIIN, причем часть крышки резервуара содержит 1) по меньшей мере два отверстия доступа к резервуару, которые обеспечивают доступ к отверстиям резервуара, и 2) по меньшей мере два отверстия пневматического доступа, которые обеспечивают доступ по меньшей мере к этим двум резервуарам и обеспечивают давление ниже и выше атмосферного в этих по меньшей мере двух резервуарах. В некоторых аспектах модуль SWIIN является выполненным с возможностью отслеживания роста колонии клеток после индуцирования редактирования, и дополнительно содержит средство для отбора медленно растущих колоний клеток. В некоторых аспектах модуля SWIIN редактирование вызывается индуцибeльным промотором, который является температурно индуцибeльным промотором, и температура для индуцирования транскрипции нуклеазы и/или направляющей нуклеиновой кислоты обеспечивается в модуле SWIIN с помощью устройства Пельтье. [0013] In some aspects of an embodiment of a SWIIN module, the SWIIN cover comprises a tank cover portion of the SWIIN cover, wherein the tank cover portion comprises 1) at least two tank access openings that provide access to the tank openings, and 2) at least two openings pneumatic access, which provide access to at least these two tanks and provide a pressure below and above atmospheric pressure in these at least two tanks. In some aspects, the SWIIN module is configured to follow the growth of a cell colony after editing is induced, and further comprises a means for selecting slow growing cell colonies. In some aspects of the SWIIN module, editing is caused by an inducible promoter, which is a temperature inducible promoter, and the temperature to induce transcription of the nuclease and/or target nucleic acid is provided in the SWIIN module using a Peltier device.
[0014] Другие варианты осуществления настоящего изобретения предлагают автоматизированный мультимодульный инструмент для редактирования клеток, содержащий: модуль SWIIN; корпус, выполненный с возможностью вмещать в себя все или некоторые из модулей; приемник, выполненный с возможностью получения клеток; один или более приемников, выполненных с возможностью получения нуклеиновых кислот; модуль выращивания; модуль трансформации, выполненный с возможностью введения нуклеиновых кислот в клетки; и процессор, выполненный с возможностью управления автоматизированным мультимодульным инструментом для редактирования клеток на основе пользовательского ввода и/или выбора предпрограммированного скрипта.[0014] Other embodiments of the present invention provide an automated multi-module cell editing tool, comprising: a SWIIN module; a housing configured to receive all or some of the modules; a receiver configured to receive cells; one or more receivers configured to obtain nucleic acids; cultivation module; a transformation module configured to introduce nucleic acids into cells; and a processor configured to control the automated multi-module cell editing tool based on user input and/or selection of a pre-programmed script.
[0015] В некоторых аспектах автоматизированного мультимодульного инструмента для редактирования клеток модуль трансформации содержит проточное устройство электропорации; и в некоторых аспектах автоматизированный мультимодульный инструмент для редактирования клеток дополнительно содержит модуль концентрации клеток. В некоторых аспектах модуль концентрации клеток представляет собой модуль фильтрации с тангенциальным потоком. В некоторых аспектах система обработки жидкости перемещает жидкости между модулями. В некоторых аспектах мультимодульная автоматизированная система обработки клеток выполняет процессы выращивания клеток, концентрирования и делания клеток электрокомпетентными, трансформирования клеток с помощью направляемых нуклеиновой кислотой компонентов редактирования нуклеазы, сингуляции преобразованных клеток, индуцирования редактирования в сингулированных клетках и выращивания и обогащения клеток, причем все это без вмешательства человека.[0015] In some aspects of the automated multi-module cell editing tool, the transformation module comprises an electroporation flow device; and in some aspects, the automated multi-module cell editing tool further comprises a cell concentration module. In some aspects, the cell concentration module is a tangential flow filtration module. In some aspects, the fluid handling system moves fluids between modules. In some aspects, the multi-module automated cell processing system performs the processes of growing cells, concentrating and making cells electrocompetent, transforming cells with nucleic acid-directed nuclease editing components, singulating transformed cells, inducing editing in singulated cells, and growing and enriching cells, all without intervention. person.
[0016] В других вариантах осуществления предлагается автоматизированный мультимодульный инструмент для редактирования клеток, содержащий: модуль SWIIN; корпус, выполненный с возможностью вмещать в себя все или некоторые из модулей; приемник, выполненный с возможностью получения клеток; один или более приемников, выполненных с возможностью получения нуклеиновых кислот; модуль трансформации, выполненный с возможностью введения нуклеиновых кислот в клетки; модуль концентрации клеток; и процессор, выполненный с возможностью управления автоматизированным мультимодульным инструментом для редактирования клеток на основе пользовательского ввода и/или выбора предпрограммированного скрипта. В некоторых аспектах автоматизированного мультимодульного инструмента обработки клеток система обработки жидкостей перемещает реагенты в и между модулями, а также модулем SWIIN. В некоторых аспектах автономная, интегрированная, мультимодульная автоматизированная система обработки клеток содержит модуль выращивания, содержащий вращающийся флакон для выращивания, модуль сборки нуклеиновой кислоты или картридж реагента. В некоторых аспектах мультимодульная автоматизированная система обработки клеток выполняет процессы выращивания клеток, концентрирования и делания клеток электрокомпетентными, трансформирования клеток с помощью направляемых нуклеиновой кислотой компонентов редактирования нуклеазы, сингуляции преобразованных клеток, индуцирования редактирования в сингулированных клетках и выращивания и обогащения клеток, причем все это без вмешательства человека. Как и другие варианты осуществления, этот вариант осуществления автоматизированного мультимодульного инструмента для редактирования клеток содержит систему обработки жидкостей для перемещения жидкостей между модулями. [0016] In other embodiments, an automated multi-module cell editing tool is provided, comprising: a SWIIN module; a housing configured to receive all or some of the modules; a receiver configured to receive cells; one or more receivers configured to obtain nucleic acids; a transformation module configured to introduce nucleic acids into cells; cell concentration module; and a processor configured to control the automated multi-module cell editing tool based on user input and/or selection of a pre-programmed script. In some aspects of the automated multi-module cell processing tool, the fluid handling system moves reagents into and between modules as well as the SWIIN module. In some aspects, a stand-alone, integrated, multi-module automated cell processing system includes a growth module containing a rotating growth vial, a nucleic acid assembly module, or a reagent cartridge. In some aspects, the multi-module automated cell processing system performs the processes of growing cells, concentrating and making cells electrocompetent, transforming cells with nucleic acid-directed nuclease editing components, singulating transformed cells, inducing editing in singulated cells, and growing and enriching cells, all without intervention. person. Like other embodiments, this embodiment of an automated multi-module cell editing tool includes a fluid handling system to move fluids between modules.
[0017] В еще одном дополнительном варианте осуществления предлагается способ обогащения отредактированных клеток во время направляемого нуклеиновой кислотой нуклеазного редактирования, содержащий: трансформирование клеток с помощью одного или более векторов, содержащих индуцибeльный промотор, управляющий экспрессией нуклеазы, индуцибeльный промотор, управляющий транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты, и последовательность донорной ДНК; разбавление преобразованных клеток до такой концентрации, чтобы по существу сингулировать преобразованные клетки на субстрате; выращивание клеток на субстрате для 2-200 удвоений; инициирование редактирования путем индукции индуцибeльного промотора (промоторов), управляющего транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты и нуклеазы; выращивание индуцированных клеток в колонии; и отбор индуцированных клеток из по существу сингулированных колоний из субстрата, в котором индуцированные по существу сингулированные колонии обогащены отредактированными клетками. [0017] In another further embodiment, a method is provided for enriching edited cells during nucleic acid-guided nuclease editing, comprising: transforming cells with one or more vectors containing an inducible promoter driving nuclease expression, an inducible promoter driving transcription of the target nucleic acid, and the sequence of the donor DNA; diluting the transformed cells to such a concentration as to substantially singulate the transformed cells on the substrate; growing cells on substrate for 2-200 doublings; initiating editing by inducing an inducible promoter(s) directing transcription of the guide nucleic acid and nuclease; growing induced cells in a colony; and selecting the induced cells from the substantially singulated colonies from a substrate in which the induced substantially singulated colonies are enriched in the edited cells.
[0018] В некоторых аспектах этого варианта осуществления способа индуцибeльной транскрипции направляющая нуклеиновая кислота представляет собой промотор pL, и индуцибельный промотор, управляющий экспрессией нуклеазы, является промотором pL. В некоторых аспектах нуклеаза, направляющая нуклеиновая кислота и последовательность донорной ДНК находятся на одном и том же векторе. В других аспектах нуклеаза находится на первом векторе, а направляющая нуклеиновая кислота и последовательность донорной ДНК находятся на втором векторе, и требуются две трансформирующих стадии. В некоторых аспектах последовательность донорной ДНК дополнительно содержит изменяющую PAM последовательность, и в некоторых аспектах каждый из одного или более векторов дополнительно содержит ген для селектируемого маркера. В некоторых аспектах способ дополнительно содержит добавление селективных агентов к среде субстрата для выбора селектируемого маркера (маркеров) на одном или более векторах. В некоторых аспектах индуцированные по существу сингулированные выбранные колонии являются малыми колониями, а в других аспектах клетки выращиваются в колонии конечного размера.[0018] In some aspects of this embodiment of the inducible transcription method, the target nucleic acid is the pL promoter and the inducible promoter driving nuclease expression is the pL promoter. In some aspects, the nuclease, guide nucleic acid, and donor DNA sequence are on the same vector. In other aspects, the nuclease is on the first vector and the guide nucleic acid and donor DNA sequence are on the second vector, and two transforming steps are required. In some aspects, the donor DNA sequence further comprises a PAM altering sequence, and in some aspects, each of the one or more vectors further comprises a gene for a selectable marker. In some aspects, the method further comprises adding selective agents to the substrate medium to select selectable marker(s) on one or more vectors. In some aspects, the substantially singulated selected colonies induced are small colonies, and in other aspects, the cells are grown into a colony of final size.
[0019] В одном варианте осуществления способа также представлен способ обогащения отредактированных клеток во время управляемого нуклеиновой кислотой нуклеазного редактирования, содержащий: трансформацию клеток с помощью одного или более векторов, содержащих промотор, управляющий экспрессией нуклеазы, управляемую индуцибeльным промотором транскрипцию направляющей нуклеиновой кислоты, и последовательность донорной ДНК; разбавление преобразованных клеток до такой концентрации, чтобы по существу сингулировать преобразованные клетки на первом субстрате; выращивание клеток для формирования колоний на первом субстрате; отбор клеток из по существу сингулированных колоний из первого субстрата и расположение выбранных клеток на втором субстрате; создание дубликата второго субстрата, формирующего третий субстрат; выращивание и индуцирование клеток на втором субстрате; выращивание и индуцирование клеток на третьем субстрате при условиях, которые не допускают починки генома; сравнение роста клеток на втором и третьем субстратах; и отбор клеток, которые растут на втором субстрате, но не растут на третьем субстрате.[0019] In one embodiment, the method also provides a method for enriching edited cells during nucleic acid-driven nuclease editing, comprising: transforming cells with one or more vectors containing a promoter driving nuclease expression, inducible promoter-driven transcription of the guide nucleic acid, and the sequence donor DNA; diluting the transformed cells to a concentration such that the transformed cells are substantially singulated on the first substrate; growing cells to form colonies on the first substrate; selecting cells from substantially singulated colonies from the first substrate and placing the selected cells on the second substrate; creating a duplicate of the second substrate, forming a third substrate; growing and inducing cells on the second substrate; growing and inducing cells on a third substrate under conditions that do not allow repair of the genome; comparison of cell growth on the second and third substrates; and selecting cells that grow on the second substrate but do not grow on the third substrate.
[0020] В некоторых аспектах вариантов осуществления способа промотор, управляющий транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты, представляет собой промотор pL, и в некоторых аспектах, промотор, управляющий экспрессией нуклеазы, является индуцибeльным промотором. В некоторых аспектах индуцибeльный промотор, управляющий экспрессией каждой из направляющей нуклеиновой кислоты и нуклеазы, является тем же самым индуцибeльным промотором, и является промотором pL. В некоторых аспектах последовательность донорной ДНК дополнительно содержит изменяющую PAM последовательность, и способ дополнительно содержит добавление селективных агентов к среде первого субстрата для выбора одного или более векторов. В некоторых аспектах направляющая нуклеиновая кислота является направляющей РНК, и в некоторых аспектах клетки являются клетками бактерий, а вектор-двигатель дополнительно содержит рекомбинационную систему.[0020] In some aspects of method embodiments, the promoter driving transcription of the guide nucleic acid is the pL promoter, and in some aspects, the promoter driving nuclease expression is an inducible promoter. In some aspects, the inducible promoter driving the expression of each of the target nucleic acid and nuclease is the same inducible promoter, and is the pL promoter. In some aspects, the donor DNA sequence further comprises a PAM altering sequence, and the method further comprises adding selective agents to the first substrate medium to select one or more vectors. In some aspects, the guide nucleic acid is a guide RNA, and in some aspects the cells are bacterial cells, and the motor vector further comprises a recombination system.
[0021] Еще один вариант осуществления способа предлагает способ обогащения отредактированных клеток во время направляемого нуклеиновой кислотой нуклеазного редактирования, содержащий: трансформирование клеток с помощью одного или более векторов, содержащих промотор, управляющий экспрессией нуклеазы, индуцибeльный промотор, управляющий транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты, и последовательность донорной ДНК; разбавление преобразованных клеток до такой концентрации, чтобы по существу сингулировать преобразованные клетки на субстрате; выращивание клеток на субстрате для 2-200 удвоений; инициирование редактирования путем индукции индуцибeльного промотора и выращивание клеток для формирования колоний; и отбор малых колоний из по существу сингулированных колоний из субстрата, в котором индуцированные по существу сингулированные колонии обогащены отредактированными клетками.[0021] Another embodiment of the method provides a method for enriching edited cells during nucleic acid-guided nuclease editing, comprising: transforming cells with one or more vectors containing a promoter that controls nuclease expression, an inducible promoter that drives transcription of the target nucleic acid, and the sequence donor DNA; diluting the transformed cells to such a concentration as to substantially singulate the transformed cells on the substrate; growing cells on substrate for 2-200 doublings; initiating editing by inducing an inducible promoter and growing cells to form colonies; and selecting small colonies from substantially singulated colonies from a substrate in which the induced substantially singulated colonies are enriched in edited cells.
[0022] Еще один дополнительный вариант осуществления предлагает способ обогащения отредактированных клеток во время направляемого нуклеиновой кислотой нуклеазного редактирования, содержащий: трансформирование клеток с помощью одного или более векторов, содержащих промотор, управляющий экспрессией нуклеазы, индуцибeльный промотор, управляющий транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты, и последовательность донорной ДНК; разбавление преобразованных клеток до такой концентрации, чтобы по существу сингулировать преобразованные клетки на первом субстрате; выращивание клеток на первом субстрате для 2-200 удвоений; иинициирование редактирования путем индукции индуцибeльного промотора; и выращивание клеток для формирования колоний предельного размера. Некоторые аспекты этого варианта осуществления дополнительно содержат объединение колоний предельного размера, и некоторые аспекты этого варианта осуществления дополнительно содержат выбор колоний предельного размера. [0022] Another additional embodiment provides a method for enriching edited cells during nucleic acid-guided nuclease editing, comprising: transforming cells with one or more vectors containing a promoter that directs nuclease expression, an inducible promoter that directs transcription of the target nucleic acid, and the sequence donor DNA; diluting the transformed cells to a concentration such that the transformed cells are substantially singulated on the first substrate; growing cells on the first substrate for 2-200 doublings; initiating editing by inducing an inducible promoter; and growing cells to form colonies of the size limit. Some aspects of this embodiment further comprise a pooling of cut-off colonies, and some aspects of this embodiment further comprise selecting cut-off colonies.
[0023] Эти аспекты и другие особенности и преимущества настоящего изобретения более подробно описываются ниже.[0023] These aspects and other features and advantages of the present invention are described in more detail below.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0024] Фиг. 1A представляет собой упрощенную блок-схему примерных способов обогащения и отбора отредактированных клеток. Фиг. 1B представляет собой график оптической плотности в зависимости от времени, показывающий кривые роста для отредактированных клеток (пунктир) и неотредактированных клеток (сплошная линия). Фиг. 1C изображает примерную систему индуцибeльной экспрессии для регулирования транскрипции гРНК и/или нуклеазы.[0024] FIG. 1A is a simplified flowchart of exemplary methods for enriching and selecting edited cells. Fig. 1B is a plot of absorbance versus time showing growth curves for edited cells (dotted line) and unedited cells (solid line). Fig. 1C depicts an exemplary inducible expression system for regulating gRNA and/or nuclease transcription.
[0025] Фиг. 2A изображает предшествующий уровень техники, стандартный протокол для выполнения направляемого нуклеиновой кислотой нуклеазного редактирования генома. Фиг. 2B-2F изображают улучшенные протоколы, использующие сингуляцию или существенную сингуляцию, индукцию, и нормализацию или отбор (например, выбор) для идентификации отредактированных клеток в популяции, которые подверглись направляемому нуклеиновой кислотой нуклеазному редактированию генома. Фиг. 2B изображает протокол для функциональной деконволюции процесса редактирования, либо путем помещения клеток в 96-луночные пластины, содержащие различные среды, либо путем помещения клеток в чашку для культивирования, содержащую различные среды. Фиг. 2C изображает протокол для забора колоний из чашки для культивирования, расположения колоний на 96-луночной пластине, а затем выполнения функциональной деконволюции. Фиг. 2E изображает протокол для отбора, а Фиг. 2F изображает протокол, используемый для подтверждения того, что отбор является чрезвычайно эффективным для выбора отредактированных клеток.[0025] FIG. 2A depicts a prior art, standard protocol for performing nucleic acid-guided nuclease editing of a genome. Fig. 2B-2F depict improved protocols using singulation or substantial singulation, induction, and normalization or selection (eg, selection) to identify edited cells in a population that have undergone nucleic acid-guided nuclease editing of the genome. Fig. 2B depicts a protocol for functional deconvolution of the editing process, either by placing the cells in 96-well plates containing various media or by placing the cells in a culture dish containing various media. Fig. 2C depicts a protocol for collecting colonies from a culture dish, positioning colonies on a 96-well plate, and then performing functional deconvolution. Fig. 2E shows the protocol for selection, and FIG. 2F depicts the protocol used to confirm that selection is extremely efficient for selecting edited cells.
[0026] Фиг. 3A изображает упрощенную блок-схему для сингуляции, редактирования и нормализации клеток в устройстве со сплошной стенкой. Фиг. 3B изображает упрощенную вариацию блок-схемы для существенной сингуляции, редактирования и нормализации клеток в устройстве со сплошной стенкой. Фиг. 3C представляет собой фотографию одного варианта осуществления устройства со сплошной стенкой. Фиг. 3D-3F представляют собой фотографии клеток E.coli, в значительной степени сингулированных (посредством существенного распределения Пуассона) и выращенных в колонии в микролунках в устройстве со сплошной стенкой с проницаемым дном, с низким, средним и высоким увеличением, соответственно. [0026] FIG. 3A depicts a simplified block diagram for singulating, editing, and normalizing cells in a solid wall device. Fig. 3B depicts a simplified variation of the flowchart for substantial singulation, editing, and normalization of cells in a solid wall device. Fig. 3C is a photograph of one embodiment of a solid wall device. Fig. 3D-3F are photographs of E. coli cells heavily singulated (via a substantial Poisson distribution) and colony grown in microwells in a permeable-bottom solid wall device, at low, medium, and high magnification, respectively.
[0027] Фиг. 4A-4E представляют собой фотографии перфорированного элемента и микролунок в нем. Фиг. 4F-4R изображают компоненты трех примерных вариантов осуществления узла сингуляции, содержащего удерживающий и проницаемый элементы, а также узел перфорированный элемент/фильтр/уплотнение. Фиг. 4S-4Z изображают модуль сингуляции, выращивания, индукции редактирования и нормализации или отбора в сборе (например, «модуль изоляции/индукции/нормализации со сплошной стенкой» или «SWIIN»). Фиг. 4AA и 4BB изображают составные модули SWIIN, содержащие два (Фиг. 4AA) или четыре (Фиг. 4BB) узла сингуляции. Фиг. 4CC представляет собой примерную диаграмму пневматическая архитектуры для модуля SWIIN, описанного со ссылкой на Фиг. 4A-4Z.[0027] FIG. 4A-4E are photographs of the perforated element and the microwells therein. Fig. 4F-4R depict components of three exemplary embodiments of a singulation assembly comprising a retaining and permeable element, and a perforated element/filter/seal assembly. Fig. 4S-4Z depict a singulation, growth, edit induction and normalization or selection module assembly (eg, "solid wall isolation/induction/normalization module" or "SWIIN"). Fig. 4AA and 4BB depict SWIIN composite modules containing two (FIG. 4AA) or four (FIG. 4BB) singulation nodes. Fig. 4CC is an exemplary pneumatic architecture diagram for the SWIIN module described with reference to FIG. 4A-4Z.
[0028] Фиг. 5A-5D изображают автономный, интегрированный, автоматизированный мультимодульный инструмент и его компоненты, включая модуль сингуляции, с помощью которого можно производить и идентифицировать отредактированные клетки.[0028] FIG. 5A-5D depict a stand-alone, integrated, automated multi-module tool and its components, including a singulation module, with which edited cells can be produced and identified.
[0029] Фиг. 6A изображает один вариант осуществления вращающегося флакона для выращивания для использования с описанным в настоящем документе модулем выращивания клеток. Фиг. 6B иллюстрирует вид в перспективе одного варианта осуществления вращающегося устройства для выращивания в корпусе модуля выращивания клеток. Фиг. 6C изображает вид в разрезе модуля выращивания клеток, показанного на Фиг. 6B. Фиг. 6D иллюстрирует модуль выращивания клеток, показанный на Фиг. 6B, соединенный с LED, детектором и компонентами регулирования температуры.[0029] FIG. 6A depicts one embodiment of a rotating growth flask for use with the cell culture module described herein. Fig. 6B illustrates a perspective view of one embodiment of a rotating culture device in a cell culture module housing. Fig. 6C is a sectional view of the cell culture module shown in FIG. 6b. Fig. 6D illustrates the cell culture module shown in FIG. 6B connected to LED, detector and temperature control components.
[0030] Фиг. 7A представляет собой модель процесса фильтрации с тангенциальным потоком (TFF), который используется в представленном в настоящем документе модуле TFF. Фиг. 7B изображает вид сверху нижнего элемента одного варианта осуществления примерного устройства/модуля TFF. Фиг. 7C изображает в разобранном виде верхний и нижний элементы и мембрану примерного модуля TFF. Фиг. 7D изображает в перевернутом разобранном виде верхний и нижний элементы и мембрану примерного модуля TFF. Фиг. 7E-7H изображают различные виды одного варианта осуществления модуля TFF, имеющего гидравлически связанные резервуары для удерживаемого вещества, фильтрата и обменного буфера. [0030] FIG. 7A is a model of the tangential flow filtration (TFF) process used in the TFF module presented herein. Fig. 7B is a plan view of the bottom element of one embodiment of an exemplary TFF device/module. Fig. 7C is an exploded view of the top and bottom members and membrane of an exemplary TFF module. Fig. 7D is an upside down exploded view of the top and bottom members and membrane of an exemplary TFF module. Fig. 7E-7H depict various views of one embodiment of a TFF module having fluidly coupled retentate, filtrate, and exchange buffer reservoirs.
[0031] Фиг. 8A и 8B представляют собой вид сверху и вид снизу в перспективе, соответственно, проточных устройств электропорации (здесь шесть таких устройств, соединенных вместе). Фиг. 8C представляет собой вид сверху одного варианта осуществления примерного проточного устройства электропорации. Фиг. 8D изображает вид сверху поперечного сечения устройства электропорации, показанного на Фиг. 8C. Фиг. 8E изображает вид сбоку на поперечное сечение нижней части устройств электропорации, показанного на Фиг. 8C и 8D. [0031] FIG. 8A and 8B are top and bottom perspective views, respectively, of flow-through electroporation devices (here, six such devices connected together). Fig. 8C is a plan view of one embodiment of an exemplary electroporation flow apparatus. Fig. 8D is a top cross-sectional view of the electroporation device shown in FIG. 8C. Fig. 8E is a cross-sectional side view of the bottom of the electroporation devices shown in FIG. 8C and 8D.
[0032] Фиг. 9 представляет собой упрощенную блок-схему одного варианта осуществления примерного автоматизированного мультимодульного инструмента для обработки клеток, содержащего модуль сингуляции или существенной сингуляции/выращивания/редактирования и нормализации или отбора («модуль изоляции/индукции/нормализации со сплошной стенкой» или «SWIIN»). [0032] FIG. 9 is a simplified block diagram of one embodiment of an exemplary automated multi-module cell processing tool comprising a singulation or substantial singulation/growing/editing and normalization or selection module ("solid wall isolation/induction/normalization module" or "SWIIN").
[0033] Фиг. 10 представляет собой упрощенную блок-схему одного альтернативного варианта осуществления примерного автоматизированного мультимодульного инструмента для обработки клеток, содержащего модуль сингуляции или существенной сингуляции/выращивания/редактирования и нормализации или отбора («модуль изоляции/индукции/нормализации со сплошной стенкой» или «SWIIN»). [0033] FIG. 10 is a simplified block diagram of one alternative embodiment of an exemplary automated multi-module cell processing instrument comprising a singulation or substantial singulation/growing/editing and normalization or selection module ("solid wall isolation/induction/normalization module" or "SWIIN") .
[0034] Фиг. 11A представляет собой карту примерного вектора-двигателя, который может использоваться в описанных в настоящем документе способах; а Фиг. 11B представляет собой карту примерного редактирующего вектора (с редактирующей кассетой), который может использоваться в описанных в настоящем документе способах.[0034] FIG. 11A is a map of an exemplary motor vector that may be used in the methods described herein; and Fig. 11B is a map of an exemplary editing vector (with editing cassette) that can be used in the methods described herein.
[0035] Фиг. 12 представляет собой гистограмму, показывающую эффективность трансформации, наблюдаемую для кассет нацеливания гРНК galK под различными промоторами. [0035] FIG. 12 is a bar graph showing the transformation efficiency observed for galK gRNA targeting cassettes under various promoters.
[0036] Фиг. 13 представляет собой график роста клеток в зависимости от времени, демонстрирующий, что тепловая индукция редактирования не влияет на рост или жизнеспособность клеток.[0036] FIG. 13 is a plot of cell growth versus time demonstrating that heat induction editing does not affect cell growth or viability.
[0037] Фиг. 14 изображает результаты, демонстрирующие, что кассеты с подавленной гРНК дают высокую жизнеспособность/эффективность трансформации клеток для трех примерных нуклеаз.[0037] FIG. 14 depicts results demonstrating that gRNA-repressed cassettes give high cell viability/transformation efficiency for three exemplary nucleases.
[0038] Фиг. 15 иллюстрирует тепловые карты и кривые роста, показывающие OD в момент времени 6 час для неиндуцированных и индуцированных популяций клеток.[0038] FIG. 15 illustrates heat maps and growth curves showing OD at 6 hours for uninduced and induced cell populations.
[0039] Фиг. 16 показывает результаты нормализации колонии клеток для клеток E.coli при различных условиях. [0039] FIG. 16 shows the results of cell colony normalization for E. coli cells under various conditions.
[0040] Фиг. 17A представляет собой фотографию устройства со сплошной стенкой с проницаемым дном на агар-агаре, на котором дрожжевые клетки были по существу сингулированы и выращены в клональные колонии. Фиг. 17B представляет фотографии роста колонии дрожжей в различные моменты времени.[0040] FIG. 17A is a photograph of a permeable-bottom solid wall device on agar-agar on which yeast cells were essentially singulated and grown into clonal colonies. Fig. 17B presents photographs of yeast colony growth at various time points.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
[0041] Предполагается, что все функциональные возможности, описанные в связи с одним вариантом осуществления, применимы к дополнительным вариантам осуществления, описанным в настоящем документе, за исключением случаев, когда это явно указано или когда особенность или функция является несовместимой с этими дополнительными вариантами осуществления. Например, когда данная особенность или функция явно описывается в связи с одним вариантом осуществления, но не упоминается явно в связи с альтернативным вариантом осуществления, следует понимать, что эта особенность или функция может быть развернута, использована или осуществлена в связи с альтернативным вариантом осуществления, за исключением тех случаев, когда эта особенность или функция является несовместимой с альтернативным вариантом осуществления.[0041] All functionality described in connection with one embodiment is intended to be applicable to additional embodiments described herein, except where explicitly stated or where a feature or function is incompatible with those additional embodiments. For example, when a given feature or function is explicitly described in connection with one embodiment, but not explicitly mentioned in connection with an alternative embodiment, it should be understood that that feature or function may be deployed, used, or implemented in connection with an alternative embodiment, for unless that feature or function is incompatible with an alternate embodiment.
[0042] На практике описанные в настоящем документе методики могут использовать, если не указано иное, обычные методы и описания органической химии, технологии полимеров, молекулярной биологии (включая рекомбинантные методики), клеточной биологии, биохимии и технологии секвенирования, которые соответствуют квалификации специалистов в данной области техники. Такие обычные методики включают в себя матричный синтез полимеров, гибридизацию и лигирование полинуклеотидов, а также обнаружение гибридизации с использованием метки. Конкретные иллюстрации подходящих методик можно найти в приведенных в настоящем документе примерах. Однако, конечно же, также могут использоваться другие эквивалентные обычные процедуры. Такие обычные методики и описания можно найти в стандартных лабораторных руководствах, таких как Green, et al., eds., Genome Analysis: A Laboratory Manual Series (Vols. I-IV) (1999); Weiner, Gabriel, Stephens, eds., Genetic Variation: A Laboratory Manual (2007); Dieffenbach, Dveksler, eds., PCR Primer: A Laboratory Manual (2003); Bowtell and Sambrook, DNA Microarrays: A Molecular Cloning Manual (2003); Mount, Bioinformatics: Sequence and Genome Analysis (2004); Sambrook and Russell, Condensed Protocols from Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2006); Stryer, Biochemistry (4th Ed.) W. H. Freeman, New York N. Y. (1995); Gait, «Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach» (1984), IRL Press, London; Nelson and Cox, Lehninger, Principles of Biochemistry 3rd Ed., W. H. Freeman Pub., New York, N. Y. (2000); Berg et al., Biochemistry, 5th Ed., W. H. Freeman Pub., New York, N. Y. (2002); Doyle & Griffiths, eds., Cell and Tissue Culture: Laboratory Procedures in Biotechnology, Doyle & Griffiths, eds., John Wiley & Sons (1998); G. Hadlaczky, ed. Mammalian Chromosome Engineering - Methods and Protocols, Humana Press (2011); и Lanza and Klimanskaya, eds., Essential Stem Cell Methods, Academic Press (2011), все из которых включены в настоящий документ посредством ссылки во всей их полноте для всех целей. Специфические для CRISPR методики можно найти, например, в статьях Appasani and Church, Genome Editing and Engineering From TALENs and CRISPRs to Molecular Surgery (2018); и Lindgren and Charpentier, CRISPR: Methods and Protocols (2015); обе из которых включены в настоящий документ посредством ссылки во всей их полноте для всех целей.[0042] In practice, the techniques described herein may use, unless otherwise indicated, conventional methods and descriptions of organic chemistry, polymer technology, molecular biology (including recombinant techniques), cell biology, biochemistry, and sequencing technology that are within the skill of those skilled in the art. the field of technology. Such conventional techniques include template polymer synthesis, hybridization and ligation of polynucleotides, and detection of hybridization using a label. Specific illustrations of suitable techniques can be found in the examples provided herein. However, of course, other equivalent conventional procedures can also be used. Such conventional techniques and descriptions can be found in standard laboratory manuals such as Green, et al., eds., Genome Analysis: A Laboratory Manual Series (Vols. I-IV) (1999); Weiner, Gabriel, Stephens, eds., Genetic Variation: A Laboratory Manual (2007); Dieffenbach, Dveksler, eds., PCR Primer: A Laboratory Manual (2003); Bowtell and Sambrook, DNA Microarrays: A Molecular Cloning Manual (2003); Mount, Bioinformatics: Sequence and Genome Analysis (2004); Sambrook and Russell, Condensed Protocols from Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2006); Stryer , Biochemistry (4th Ed.) W.H. Freeman, New York NY (1995); Gait, " Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach" (1984), IRL Press, London; Nelson and Cox, Lehninger, Principles of Biochemistry 3rd Ed., WH Freeman Pub., New York, NY (2000); Berg et al., Biochemistry, 5th Ed ., WH Freeman Pub., New York, NY (2002); Doyle & Griffiths, eds., Cell and Tissue Culture: Laboratory Procedures in Biotechnology , Doyle & Griffiths, eds., John Wiley & Sons (1998); G. Hadlaczky, ed. Mammalian Chromosome Engineering - Methods and Protocols, Humana Press (2011); and Lanza and Klimanskaya, eds., Essential Stem Cell Methods , Academic Press (2011), all of which are incorporated herein by reference in their entirety for all purposes. CRISPR-specific techniques can be found, for example, in Appasani and Church, Genome Editing and Engineering From TALENs and CRISPRs to Molecular Surgery (2018); and Lindgren and Charpentier, CRISPR: Methods and Protocols (2015); both of which are incorporated herein by reference in their entirety for all purposes.
[0043] Следует отметить, что используемые в настоящем документе и в приложенной формуле изобретения грамматические формы единственного числа включают в себя также множественное число, если контекст ясно не указывает иное. Таким образом, например, ссылка на «клетку» относится к одной или более клеткам, а ссылка на «систему» включает в себя ссылку на эквивалентные стадии, способы и устройства, известные специалисту в данной области техники, и т.д. Кроме того, следует понимать, что такие термины, как «лево», «право», «верх», «низ», «передний», «задний», «боковой», «высота», «длина», «ширина», «верхний», «нижний», «интерьер», «экстерьер», «внутренний» и/или «внешний», которые могут использоваться в настоящем документе, просто описывают ориентиры и не обязательно ограничивают варианты осуществления настоящего изобретения какими-либо конкретными ориентациями или конфигурациями. Кроме того, такие термины, как «первый», «второй», «третий» и т.д. просто идентифицируют одно из множества частей, компонентов, стадий, операций, функций и/или ориентиров, раскрытых в настоящем документе, и аналогичным образом не обязательно ограничивают варианты осуществления настоящего изобретения какими-либо конкретными ориентациями или конфигурациями. [0043] It should be noted that as used herein and in the appended claims, the grammatical forms of the singular also include the plural, unless the context clearly indicates otherwise. Thus, for example, reference to "cell" refers to one or more cells, and reference to "system" includes reference to equivalent steps, methods, and devices known to one of skill in the art, and so on. In addition, it should be understood that terms such as "left", "right", "top", "bottom", "front", "back", "side", "height", "length", "width" , "upper", "lower", "interior", "exterior", "internal", and/or "external" as may be used herein merely describe orientations and do not necessarily limit embodiments of the present invention to any particular orientations. or configurations. In addition, terms such as "first", "second", "third", etc. simply identify one of the many parts, components, steps, operations, functions, and/or landmarks disclosed herein, and likewise do not necessarily limit the embodiments of the present invention to any particular orientations or configurations.
[0044] Кроме того, термины «приблизительно», «приблизительный», «незначительный» и аналогичные термины обычно относятся к диапазонам, которые в некоторых вариантах осуществления включают в себя идентифицированное значение в пределах 20%, 10% или предпочтительно 5%, а также любые значения между ними. [0044] In addition, the terms "about", "approximately", "not significant", and similar terms generally refer to ranges that, in some embodiments, include an identified value within 20%, 10%, or preferably 5%, as well as any value in between.
[0045] Если не определено иное, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют то же самое значение, что и обычно понимаемое специалистами в области техники, к которой принадлежит настоящее изобретение. Все публикации, упомянутые в настоящем документе, включаются в настоящий документ посредством ссылки с целью описания и раскрытия устройств, способов и популяций клеток, которые могут использоваться в связи с настоящим изобретением.[0045] Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs. All publications mentioned herein are incorporated herein by reference for the purpose of describing and disclosing devices, methods, and cell populations that may be used in connection with the present invention.
[0046] В тех случаях, когда указан диапазон значений, подразумевается, что каждое промежуточное значение между верхним и нижним пределом этого диапазона, а также любое другое установленное или промежуточное значение в этом указанном диапазоне, охватывается настоящим изобретением. Верхние и нижние пределы этих более малых диапазонов могут быть независимо включены в более малые диапазоны, и также охватываются настоящим изобретением, с учетом любого конкретно исключенного предела в этом установленном диапазоне. Когда установленный диапазон включает в себя один или оба из пределов, диапазоны, исключающие любой или оба из этих включенных пределов, также включаются в настоящее изобретение.[0046] Where a range of values is specified, it is understood that every intermediate value between the upper and lower limits of this range, as well as any other set or intermediate value in this specified range, is covered by the present invention. The upper and lower limits of these smaller ranges may be independently included in the smaller ranges, and are also covered by the present invention, subject to any specifically excluded limit within that stated range. When a stated range includes one or both of the limits, ranges excluding either or both of those included limits are also included in the present invention.
[0047] В последующем описании формулируются многочисленные конкретные детали для того, чтобы обеспечить более полное понимание настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение может быть осуществлено без одной или более из этих конкретных деталей. В других случаях особенности и процедуры, хорошо известные специалистам в данной области техники, не описываются, чтобы не затруднять понимание настоящего изобретения. [0047] In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a more complete understanding of the present invention. However, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be practiced without one or more of these specific details. In other cases, features and procedures well known to those skilled in the art are not described so as not to obscure the present invention.
[0048] Использующийся в настоящем документе термин «комплементарный» относится к спариванию оснований Уотсона-Крика между нуклеотидами и, в частности, относится к нуклеотидам, которые связаны друг с другом водородными связями: с помощью остатков тимина или урацила и остатков аденина двумя водородными связями, и с помощью остатков цитозина и гуанина тремя водородными связями. Как правило, нуклеиновая кислота включает в себя нуклеотидную последовательность, описываемую как имеющую «процентную комплементарность» или «процентную гомологию» с указанной второй нуклеотидной последовательностью. Например, нуклеотидная последовательность может иметь 80%, 90% или 100% комплементарности с указанной второй нуклеотидной последовательностью, что означает, что 8 из 10, 9 из 10 или 10 из 10 нуклеотидов последовательности являются комплементарными с указанной второй нуклеотидной последовательностью. Например, нуклеотидная последовательность 3'-TCGA-5' является на 100% комплементарной с нуклеотидной последовательностью 5'-AGCT-3'; и нуклеотидная последовательность 3'-TCGA-5' является на 100% комплементарной с областью нуклеотидной последовательности 5'-TTAGCTGG-3'. [0048] As used herein, the term "complementary" refers to the Watson-Crick base pairing between nucleotides, and specifically refers to nucleotides that are linked to each other by hydrogen bonds: by thymine or uracil residues and by adenine residues by two hydrogen bonds, and with the help of cytosine and guanine residues by three hydrogen bonds. Typically, a nucleic acid includes a nucleotide sequence described as having "percent complementarity" or "percent homology" with said second nucleotide sequence. For example, a nucleotide sequence may have 80%, 90%, or 100% complementarity with said second nucleotide sequence, meaning that 8 out of 10, 9 out of 10, or 10 out of 10 nucleotides of the sequence are complementary with said second nucleotide sequence. For example, the 3'-TCGA-5' nucleotide sequence is 100% complementary to the 5'-AGCT-3' nucleotide sequence; and the 3'-TCGA-5' nucleotide sequence is 100% complementary to the 5'-TTAGCTGG-3' nucleotide sequence region.
[0049] Термин «управляющие последовательности» ДНК в совокупности относится к промоторным последовательностям, сигналам полиаденилирования, последовательностям завершения транскрипции, предшествующим регулирующим доменам, источникам репликации, участкам внутренней посадки рибосомы, последовательностям ядерной локализации, энхансерам и т.п., которые в совокупности обеспечивают репликацию, транскрипцию и трансляцию кодирующей последовательности в клетке-реципиенте. Не все эти типы управляющих последовательностей должны присутствовать при условии, что выбранная кодирующая последовательность способна реплицироваться, транскрибироваться и - для некоторых компонентов - транслироваться в соответствующей клетке-хозяине. [0049] The term “control sequences” of DNA collectively refers to promoter sequences, polyadenylation signals, transcription termination sequences, upstream regulatory domains, origins of replication, internal ribosome entry sites, nuclear localization sequences, enhancers, and the like, which collectively provide replication, transcription and translation of the coding sequence in the recipient cell. Not all of these types of control sequences need to be present, provided that the selected coding sequence is capable of replication, transcribing and, for some components, being translated in the appropriate host cell.
[0050] Используемый в настоящем документе термин «донорная ДНК» или «донорная нуклеиновая кислота» относится к нуклеиновой кислоте, которая предназначена для введения модификации последовательности ДНК (вставки, удаления, замены) в локус посредством гомологичной рекомбинации с использованием направляемых нуклеиновой кислотой нуклеаз. Для гомологически направленного репаративного синтеза донорная ДНК должна иметь достаточную гомологию с областями, расположенными по бокам «вырезаемого участка» или редактируемого участка в геномной целевой последовательности. Длина гомологического плеча (плеч) будет зависеть, например, от типа и размера выполняемой модификации. Например, донорная ДНК будет иметь по меньшей мере одну область гомологической последовательности (например, одно гомологическое плечо) для целевого геномного локуса. Во многих случаях и предпочтительно донорная ДНК будет иметь две области гомологической последовательности (например, два гомологических плеча) для целевого геномного локуса. Предпочтительно область «вставки» или область «модификации последовательности ДНК» - модификации нуклеиновой кислоты, которую желательно ввести в целевой геномный локус в клетке - будет находиться между двумя областями гомологии. Модификация последовательности ДНК может изменять одно или более оснований целевой геномной последовательности ДНК в одном конкретном участке или в нескольких конкретных участках. Изменение может включать в себя изменение 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 или 500 или более пар азотистых оснований целевой последовательности. Удаление или вставка могут представлять собой удаление или вставку 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 или 500 или более пар азотистых оснований целевой последовательности. Донорная ДНК опционально дополнительно включает в себя изменение целевой последовательности, например, мутацию PAM, которая предотвращает связывание нуклеазы с PAM или спейсером в целевой последовательности после того, как произошло редактирование. [0050] As used herein, the term "donor DNA" or "donor nucleic acid" refers to a nucleic acid that is designed to introduce a DNA sequence modification (insert, deletion, substitution) into a locus via homologous recombination using nucleic acid-directed nucleases. For homology-directed reparative synthesis, the donor DNA must have sufficient homology to the regions located on the sides of the "cut" or edited region in the genomic target sequence. The length of the homologous arm(s) will depend, for example, on the type and size of the modification being performed. For example, the donor DNA will have at least one homologous sequence region (eg, one homologous arm) for the target genomic locus. In many cases, and preferably, the donor DNA will have two homologous sequence regions (eg, two homologous arms) for the target genomic locus. Preferably, an "insert" region or a "DNA sequence modification" region - a nucleic acid modification that is desired to be introduced into a target genomic locus in a cell - will lie between the two regions of homology. DNA sequence modification can change one or more bases of the target genomic DNA sequence at one particular site or at several specific sites. The change may include a change in 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, or 500 or more nitrogenous base pairs target sequence. The deletion or insertion may be a deletion or
[0051] Используемый в настоящем документе термин «обогащение» относится к обогащению отредактированных клеток с помощью сингуляции или существенной сингуляции клеток, начального выращивания клеток в колонии клеток, индуцирования редактирования и выращивания колоний клеток в колонии предельного размера (например, насыщение или нормализация роста колонии). Используемый в настоящем документе термин «отбор» или «выбор отредактированных клеток» относится к процессу использования комбинации сингуляции или существенной сингуляции, начального выращивания клеток в колонии, индуцирования редактирования, а затем использования роста клеток - измеряемого размером колонии, концентрацией метаболитов или продуктов жизнедеятельности, или другими характеристиками, которые коррелируют со скоростью роста клеток - для выбора клеток, которые были отредактированы, на основе задержки роста, вызванной редактированием. [0051] As used herein, the term "enrichment" refers to the enrichment of edited cells by singulating or substantially singulating cells, initially growing cells in a cell colony, inducing editing, and growing cell colonies in a colony size limit (e.g., saturating or normalizing colony growth) . As used herein, the term "selection" or "selection of edited cells" refers to the process of using a combination of singulation or significant singulation, initially growing cells in a colony, inducing editing, and then using cell growth - as measured by colony size, concentration of metabolites or waste products, or other characteristics that correlate with cell growth rate - to select cells that have been edited based on growth retardation caused by editing.
[0052] Термины «направляющая нуклеиновая кислота» или «направляющая РНК» или «гРНК» относятся к полинуклеотиду, содержащему 1) направляющую последовательность, способную гибридизироваться с целевым геномным локусом, и 2) каркасную последовательность, способную взаимодействовать или образовывать комплекс с направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазой.[0052] The terms "targeting nucleic acid" or "guide RNA" or "gRNA" refer to a polynucleotide containing 1) a targeting sequence capable of hybridizing to a target genomic locus, and 2) a backbone sequence capable of interacting with or complexing with the targeting nucleic acid nuclease.
[0053] Термины «гомология» или «идентичность» или «подобие» относятся к сходству последовательностей между двумя пептидами или, более часто в контексте настоящего изобретения, между двумя молекулами нуклеиновой кислоты. Термин «гомологическая область» или «гомологическое плечо» относится к области на донорной ДНК, имеющей определенную степень гомологии с целевой геномной последовательностью ДНК. Гомология может быть определена путем сравнения положения в каждой последовательности, которое может быть выровнено для целей сравнения. Когда некоторое положение в сравниваемой последовательности занято тем же самым основанием или аминокислотой, тогда молекулы являются гомологичными в этом положении. Степень гомологии между последовательностями является функцией количества соответствующих или гомологичных положений, разделяемых этими последовательностями. [0053] The terms "homology" or "identity" or "similarity" refers to the sequence similarity between two peptides or, more commonly in the context of the present invention, between two nucleic acid molecules. The term "homologous region" or "homologous arm" refers to a region on the donor DNA that has a certain degree of homology with the target genomic DNA sequence. Homology can be determined by comparing the position in each sequence, which can be aligned for comparison purposes. When a position in the compared sequence is occupied by the same base or amino acid, then the molecules are homologous at that position. The degree of homology between sequences is a function of the number of corresponding or homologous positions shared by those sequences.
[0054] Термин «функционально связанный» относится к такому расположению элементов, в котором описанные компоненты выполнены с возможностью выполнять свою обычную функцию. Таким образом, управляющие последовательности, функционально связанные с кодирующей последовательностью, способны к осуществлению транскрипции, и в некоторых случаях трансляции кодирующей последовательности. Управляющие последовательности не обязательно должны быть смежными с кодирующей последовательностью, если они способны направлять экспрессию кодирующей последовательности. Таким образом, например, промежуточные нетранслируемые, но транскрибируемые последовательности могут присутствовать между последовательностью промотора и кодирующей последовательностью, и последовательность промотора все еще может считаться «функционально связанной» с кодирующей последовательностью. Фактически такие последовательности не обязательно должны находиться на одной и той же непрерывной молекуле ДНК (т.е. хромосоме) и могут все еще иметь взаимодействия, приводящие к измененной регуляции. [0054] The term "operably linked" refers to such an arrangement of elements in which the described components are configured to perform their normal function. Thus, control sequences operably linked to a coding sequence are capable of effecting transcription, and in some cases translation, of the coding sequence. Control sequences need not be adjacent to a coding sequence if they are capable of directing expression of the coding sequence. Thus, for example, intermediate untranslated but transcribed sequences may be present between the promoter sequence and the coding sequence, and the promoter sequence may still be considered "operably linked" to the coding sequence. In fact, such sequences do not have to be on the same contiguous DNA molecule (ie, chromosome) and may still have interactions leading to altered regulation.
[0055] «Промотор» или «промоторная последовательность» представляет собой регуляторную область ДНК, способную связывать РНК-полимеразу и инициировать транскрипцию кодирующей полинуклеотид или полипептид последовательности, такой как матричная РНК, рибосомная РНК, малая ядерная или ядрышковая РНК, направляющая РНК или любой вид РНК, транскрибируемый любым классом любой РНК-полимеразы I, II или III. Промоторы могут быть конститутивными или индуцибeльными. В способах, описанных в настоящем документе, промоторы, управляющие транскрипцией гРНК, являются индуцибeльными.[0055] A "promoter" or "promoter sequence" is a DNA regulatory region capable of binding an RNA polymerase and initiating transcription of a polynucleotide or polypeptide coding sequence, such as messenger RNA, ribosomal RNA, small nuclear or nucleolar RNA, guide RNA, or any kind RNA transcribed by any class of any RNA polymerase I, II or III. Promoters may be constitutive or inducible. In the methods described herein, the promoters that direct the transcription of gRNA are inducible.
[0056] Используемый в настоящем документе термин «селектируемый маркер» относится к введенному в клетку гену, который придает признак, подходящий для искусственного отбора. Селектируемые маркеры общего применения хорошо известны специалистам в данной области техники. Могут использоваться селектируемые лекарственные маркеры, такие как ампициллин/карбенициллин, канамицин, хлорамфеникол, эритромицин, тетрациклин, гентамицин, блеомицин, стрептомицин, пуромицин, гигромицин, бластицидин и G418. В других вариантах осуществления селектируемые маркеры включают в себя, не ограничиваясь этим, рецептор фактора роста нервов человека (обнаруживаемый с помощью MAb, например, как описано в патенте США № 6365373); усеченный рецептор фактора роста человека (обнаруживаемый с помощью MAb); мутантую дигидрофолатредуктазу человека (DHFR; доступен флуоресцентный субстрат MTX); секретируемую щелочную фосфатазу (SEAP; доступен флуоресцентный субстрат); тимидилатсинтазу человека (TS; придает устойчивость к противораковому агенту фтордезоксиуридину); глутатион S-трансферазу альфа человека (GSTA1; конъюгирует глутатион с селективным алкилирующим агентом стволовых клеток бусульфаном; хемопротективный селектируемый маркер в клетках CD34+); поверхностный антиген CD24 в гемопоэтических стволовых клетках; рамнозу; человеческий ген CAD, придающий устойчивость к N-фосфонацетил-L-аспартату (PALA); человеческую мультирезистентность-1 (MDR-1; поверхностный белок Р-гликопротеина, выбираемый по повышенной устойчивости к лекарственным средствам или обогащенный FACS); человеческий CD25 (IL-2α; обнаруживаемый с помощью MAb-FITC); метилгуанин-ДНК-метилтрансферазу (MGMT; выбирается кармустином); и цитидиндезаминазу (CD; выбирается с помощью Ara-C). Используемый в настоящем документе термин «селективная среда» относится к среде для роста клеток, к которой было добавлено химическое соединение или биологический фрагмент, который осуществляет селекцию в пользу или против селектируемых маркеров. [0056] As used herein, the term "selectable marker" refers to a gene introduced into a cell that confers a trait suitable for artificial selection. General purpose selectable markers are well known to those skilled in the art. Selectable drug markers such as ampicillin/carbenicillin, kanamycin, chloramphenicol, erythromycin, tetracycline, gentamicin, bleomycin, streptomycin, puromycin, hygromycin, blasticidin and G418 can be used. In other embodiments, selectable markers include, but are not limited to, human nerve growth factor receptor (detectable by MAb, for example, as described in US Pat. No. 6,365,373); truncated human growth factor receptor (detected by MAb); mutant human dihydrofolate reductase (DHFR; MTX fluorescent substrate available); secreted alkaline phosphatase (SEAP; fluorescent substrate available); human thymidylate synthase (TS; confers resistance to the anticancer agent fluorodeoxyuridine); human glutathione S-transferase alpha (GSTA1; conjugates glutathione to the selective stem cell alkylating agent busulfan; chemoprotective selectable marker in CD34+ cells); surface antigen CD24 in hematopoietic stem cells; rhamnose; the human CAD gene conferring resistance to N-phosphonacetyl-L-aspartate (PALA); human multi-resistance-1 (MDR-1; P-glycoprotein surface protein selected for increased drug resistance or enriched in FACS); human CD25 (IL-2α; detectable by MAb-FITC); methylguanine DNA methyltransferase (MGMT; selected by carmustine); and cytidine deaminase (CD; selected by Ara-C). As used herein, the term "selective medium" refers to a cell growth medium to which a chemical compound or biological moiety has been added that selects for or against selectable markers.
[0057] Используемые в настоящем документе термины «сингуляция» или «сингулировать» означают разделение индивидуальных клеток так, чтобы каждая клетка (а также колонии, сформированные из каждой клетки), была отдельной от других клеток; например, единственная клетка в единственной микролунке, или 100 единственных клеток, каждая в своей собственной микролунке. «Сингуляция» или «сингулированные клетки» в одном варианте осуществления получаются в результате распределения Пуассона в упорядоченных клетках. Термины «существенно сингулированные», «в значительной степени сингулированные» и «существенная сингуляция» означают, что клетки в значительной степени отделены друг от друга небольшими группами или партиями. А именно, когда в микролунку помещается 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 или вплоть до 50, но предпочтительно 10 или менее клеток. «Существенно сингулированные» или «в значительной степени сингулированные» клетки в одном варианте осуществления являются результатом «существенного распределения Пуассона» в упорядоченных клетках. С более сложными библиотеками правок - или с библиотеками, которые могут содержать летальные правки или правки с сильно различающимися эффектами приспособляемости - предпочтительно, чтобы клетки сингулировались посредством распределения Пуассона. [0057] As used herein, the terms "singulate" or "singulate" mean the separation of individual cells so that each cell (as well as the colonies formed from each cell) is separate from other cells; for example, a single cell in a single microwell, or 100 single cells, each in its own microwell. "Singulation" or "singulated cells" in one embodiment results from a Poisson distribution in ordered cells. The terms "substantially singulated", "substantially singulated" and "substantially singulated" mean that the cells are largely separated from each other in small groups or batches. Namely, when 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 are placed in the microwell , 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 or up to 50, but preferably 10 or less cells. "Substantially singulated" or "substantially singulated" cells in one embodiment result from a "substantial Poisson distribution" in ordered cells. With more complex libraries of edits - or with libraries that may contain lethal edits or edits with widely varying fitness effects - it is preferable that the cells singulate through a Poisson distribution.
[0058] Термины «целевая геномная последовательность ДНК», «целевая последовательность», или «геномный целевой локус» относится к любому локусу in vitro или in vivo, или в нуклеиновой кислоте (например, геноме) клетки или популяции клеток, в котором желательно изменение по меньшей мере одного нуклеотида с использованием системы редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы. Целевая последовательность может быть геномным локусом или внехромосомным локусом. [0058] The terms "target genomic DNA sequence", "target sequence", or "genomic target locus" refers to any locus in vitro or in vivo , or in the nucleic acid (e.g., genome) of a cell or population of cells, in which a change is desired at least one nucleotide using a nucleic acid-directed nuclease editing system. The target sequence may be a genomic locus or an extrachromosomal locus.
[0059] «Вектор» представляет собой любую из множества нуклеиновых кислот, которые содержат желаемую последовательность или последовательности, которые должны быть доставлены и/или экспрессированы в клетке. Векторы обычно состоят из ДНК, хотя также доступны РНК-векторы. Векторы включают в себя, не ограничиваясь этим, плазмиды, фосмиды, фагмиды, вирусные геномы, YAC, BAC, синтетические хромосомы млекопитающих и т.п. Используемая в настоящем документе фраза «вектор-двигатель» содержит кодирующую последовательность для нуклеазы (опционально под управлением индуцибeльного промотора) для использования в системах и способах на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы по настоящему изобретению. Вектор-двигатель может также содержать в бактериальной системе рекомбинационную систему λ Red или ее эквивалент, а также селектируемый маркер. Используемый в настоящем документе «редактирующий вектор» содержит донорную нуклеиновую кислоту, включающую изменение целевой последовательности, которое предотвращает связывание нуклеазы с PAM или спейсером в целевой последовательности после редактирования, а также кодирующую последовательность для гРНК под управлением индуцибeльного промотора. Редактирующий вектор может также содержать селектируемый маркер и/или штриховой код. В некоторых вариантах осуществления вектор-двигатель и редактирующий вектор могут быть объединены; то есть содержимое вектора-двигателя может быть найдено на редактирующем векторе. [0059] A "vector" is any of a variety of nucleic acids that contain the desired sequence or sequences to be delivered and/or expressed in a cell. Vectors usually consist of DNA, although RNA vectors are also available. Vectors include, but are not limited to, plasmids, fosmids, phagemids, viral genomes, YACs, BACs, mammalian synthetic chromosomes, and the like. As used herein, the phrase "engine vector" contains a coding sequence for a nuclease (optionally driven by an inducible promoter) for use in systems and methods based on the nucleic acid-directed nuclease of the present invention. The motor vector may also contain, in the bacterial system, the λ Red recombination system or its equivalent, as well as a selectable marker. As used herein, an "editing vector" contains a donor nucleic acid comprising a change in the target sequence that prevents the nuclease from binding to a PAM or spacer in the target sequence after editing, as well as a coding sequence for gRNA under the control of an inducible promoter. The editing vector may also contain a selectable marker and/or a barcode. In some embodiments, the motor vector and the edit vector may be combined; that is, the content of the engine vector can be found on the edit vector.
Индуцибeльное редактирование в геномных системах на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы в целомInducible editing in genomic systems based on nucleic acid-directed nuclease in general
[0060] Настоящее изобретение предлагает инструменты, модули и способы для редактирования генома на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, которые обеспечивают 1) улучшенную наблюдаемую эффективность редактирования способов редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, и 2) улучшение скрининга и обнаружения клеток, геномы которых были должным образом отредактированы, включая методики скрининга с высокой производительностью. В текущих протоколах, использующих нуклеазные системы, конститутивно экспрессируемые нуклеазные компоненты обычно используются для выполнения высокоэффективного редактирования. Однако в объединенных или мультиплексных форматах, конститутивная экспрессия редактирующих компонентов может привести к селективному обогащению клеток, которые не редактируются благодаря отсутствию разрывов двойной цепочки ДНК, которые происходят во время редактирования. Кроме того, конститутивно экспрессируемые компоненты направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы (например, нуклеаза и направляющая нуклеиновая кислота) немедленно подвергают свежетрансформированные физиологически хрупкие клетки редактированию, что приводит к снижению их жизнеспособности. В настоящем документе представлены инструменты для жестко регулируемой экспрессии компонентов системы редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы (включая жесткую регуляцию транскрипции направляющей нуклеиновой кислоты и, опционально и предпочтительно, нуклеазы (или нуклеазы и, опционально и предпочтительно, направляющей нуклеиновой кислоты)), позволяющие разделить процессы трансформации и редактирования. Кроме того, описанные в настоящем документе способы используют преимущества сингуляции (разделения клеток и выращивания их в клональные колонии) и либо нормализации клеточных колоний, либо отбора медленно растущих колоний. Сингуляция или существенная сингуляция, начальное выращивание, сопровождаемое индукцией редактирования и нормализацией, преодолевают предвзятость роста неотредактированных клеток, а заменяющий отбор для нормализации позволяет осуществлять прямой выбор отредактированных клеток. Эти инструменты, модули и способы могут быть применены ко всем типам клеток, включая клетки простейших, прокариотов и эукариотов (например дрожжей, грибов, растений и животных).[0060] The present invention provides nucleic acid-directed nuclease-based genome editing tools, modules, and methods that provide 1) improved observed editing efficiency of nucleic acid-directed nuclease-based editing methods, and 2) improved screening and detection of cells whose genomes have been properly edited to include high throughput screening methods. In current protocols using nuclease systems, constitutively expressed nuclease components are commonly used to perform highly efficient editing. However, in pooled or multiplexed formats, constitutive expression of editing components can result in selective enrichment of cells that are not being edited due to the absence of DNA double strand breaks that occur during editing. In addition, constitutively expressed components of the nucleic acid-targeted nuclease (eg, nuclease and target nucleic acid) immediately edit freshly transformed physiologically fragile cells, resulting in reduced cell viability. This document provides tools for tightly regulated expression of components of a nucleic acid-guided nuclease editing system (including tight regulation of the transcription of the guide nucleic acid and optionally and preferably a nuclease (or a nuclease and optionally and preferably a guide nucleic acid)), allowing separation transformation and editing processes. In addition, the methods described herein take advantage of singulation (separating cells and growing them into clonal colonies) and either normalizing cell colonies or selecting slow growing colonies. Singulation or substantial singulation, initial growth followed by edit induction and normalization overcomes growth bias of unedited cells, and replacement selection for normalization allows direct selection of edited cells. These tools, modules, and methods can be applied to all cell types, including protozoan, prokaryotic, and eukaryotic (eg, yeast, fungi, plant, and animal) cells.
[0061] Инструменты, модули и способы, описанные в настоящем документе, используют редактирующие кассеты, содержащие последовательность направляющей РНК (гРНК), соединенную ковалентной связью с последовательностью донорной ДНК, где гРНК находится под управлением индуцибeльного промотора (например, редактирующие кассеты являются кассетами CREATE; см. патенты США №№ 9/982278, выданный 29 мая 2019 г., и 10/240167, выданный 26 марта 2019 г.; 10/266849, выданный 23 апреля 2019 г.; а также американские патентные заявки №№ 15/948785, поданная 09 апреля 2018 г.; 16/275439, поданная 14 февраля 2019 г.; и 16/275465, поданная 14 февраля 2019 г., все из которых включены в настоящий документ посредством ссылки во всей их полноте). Эти редактирующие кассеты обеспечивают увеличенную эффективность трансформации и управления над выбором времени и продолжительностью процесса редактирования. Раскрытые способы позволяют трансформировать клетки, существенно сингулировать и выращивать для нескольких удвоений, после чего в клетках индуцируется редактирование. Эта комбинация процесса эффективно сводит на нет влияние неотредактированных клеток на популяцию клеток. Комбинация существенной сингуляции клеток, затем начального роста с последующей индукцией транскрипции гРНК (и/или нуклеазы) и нормализации колоний клеток или отбора клеток приводит к 2-250x, 10-225x, 25-200x, 40-175x, 50-150x, 60-100x, или 50-100x усилению идентификации отредактированных клеток по сравнению со способами предшествующего уровня техники и позволяет генерировать сгруппированные или объединенные отредактированные клетки, содержащие библиотеки клеток с отредактированными геномами. Кроме того, эти способы могут быть использованы для создания систем итеративного редактирования для создания комбинаторных библиотек клеток с двумя или многими изменениями в каждом клеточном геноме. Индуцибeльные конструкции гРНК (и/или индуцибeльные конструкции нуклеазы) и способы использования «импульсного» воздействия на клетки активных компонентов редактирования 1) позволяют группировать клетки (например, в значительной степени сингулированные) до инициирования процедуры редактирования, 2) уменьшать нецелевую активность, 3) обеспечивать идентификацию редких изменений клеток, и 4) обогащать отредактированные клетки или позволять приложениям для высокопроизводительного скрининга идентифицировать активность редактирования с использованием роста клеток в качестве индикатора редактирования, например, измеряя оптическую плотность, размер колоний или побочные продукты метаболизма или другие характеристики, обогащая тем самым отредактированную популяцию клеток. [0061] The tools, modules, and methods described herein use editing cassettes containing a guide RNA (gRNA) sequence covalently linked to a donor DNA sequence, where the gRNA is under the control of an inducible promoter (e.g., the editing cassettes are CREATE cassettes; see U.S. Patent Nos. 9/982278 issued May 29, 2019 and 10/240167 issued March 26, 2019; 10/266849 issued April 23, 2019; and U.S. Patent Applications Nos. 15/948785 filed April 09, 2018; 16/275439 filed February 14, 2019; and 16/275465 filed February 14, 2019, all of which are incorporated herein by reference in their entirety). These editing cassettes provide increased transformation efficiency and control over the timing and duration of the editing process. The disclosed methods allow cells to be transformed, essentially singulated and grown for several doublings, after which editing is induced in the cells. This combination of process effectively negates the impact of unedited cells on the cell population. The combination of significant cell singulation, then initial growth followed by induction of gRNA (and/or nuclease) transcription and cell colony normalization or cell selection results in 2-250x, 10-225x, 25-200x, 40-175x, 50-150x, 60- 100x, or 50-100x increased identification of edited cells compared to prior art methods and allows the generation of grouped or pooled edited cells containing genome-edited cell libraries. In addition, these methods can be used to create iterative editing systems to create combinatorial libraries of cells with two or more changes in each cell genome. Inducible gRNA constructs (and/or inducible nuclease constructs) and methods for using “pulsed” action on cells of active editing components 1) allow cells to be grouped (for example, heavily singulated) before editing is initiated, 2) reduce off-target activity, 3) provide identify rare cell changes, and 4) enrich edited cells or allow high-throughput screening applications to identify edit activity using cell growth as an edit indicator, such as by measuring optical density, colony size or metabolic by-products or other characteristics, thereby enriching the edited population cells.
[0062] Инструменты, композиции и способы, описанные в настоящем документе, улучшают редактирующие системы CRISPR, в которых направляемые нуклеиновой кислотой нуклеазы (например, направляемые РНК нуклеазы) используются для редактирования конкретных целевых областей в геноме организма. Направляемая нуклеиновой кислотой нуклеаза, комплексированная с подходящей синтетической направляющей нуклеиновой кислотой в клетке, может разрезать геном клетки в желаемом положении. Направляющая нуклеиновая кислота помогает направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазе распознать и разрезать ДНК в конкретной целевой последовательности. Путем манипулирования нуклеотидной последовательностью направляющей нуклеиновой кислоты направляемая нуклеиновой кислотой нуклеаза может быть запрограммирована для нацеливания на любую последовательность ДНК для расщепления до тех пор, пока поблизости находится соответствующий соседний мотив протоспейсера (PAM). В некоторых аспектах система редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы может использовать две отдельных молекулы направляющей нуклеиновой кислоты, которые объединяются для того, чтобы функционировать как направляющая нуклеиновая кислота, например, РНК CRISPR (crRNA) и трансактивизирующая РНК CRISPR (tracrRNA). В других аспектах направляющая нуклеиновая кислота может быть единственной направляющей нуклеиновой кислотой, которая включает в себя последовательности как crRNA, так и tracrRNA, или единственной направляющей нуклеиновой кислотой, которая не требует tracrRNA. В описанных в настоящем документе композициях и способах, если две отдельных молекулы РНК объединяются для того, чтобы функционировать как направляющая нуклеиновая кислота, по меньшей мере один из компонентов направляющей нуклеиновой кислоты находится под управлением индуцибeльного промотора. Если используется единственная направляющая нуклеиновая кислота, эта единственная направляющая нуклеиновая кислота находится под управлением индуцибeльного промотора. [0062] The tools, compositions, and methods described herein enhance CRISPR editing systems in which nucleic acid-targeted nucleases (eg, RNA-targeted nucleases) are used to edit specific target regions in an organism's genome. A nucleic acid-targeted nuclease complexed with an appropriate synthetic target nucleic acid in a cell can cut the cell's genome at the desired position. The targeting nucleic acid helps the nucleic acid-targeted nuclease to recognize and cut DNA at a specific target sequence. By manipulating the nucleotide sequence of the targeting nucleic acid, the targeting nucleic acid nuclease can be programmed to target any DNA sequence for cleavage, as long as the appropriate neighboring protospacer motif (PAM) is nearby. In some aspects, a nucleic acid-targeted nuclease editing system may use two separate target nucleic acid molecules that combine to function as a target nucleic acid, such as CRISPR RNA (crRNA) and CRISPR transactivating RNA (tracrRNA). In other aspects, the guide nucleic acid may be a single guide nucleic acid that includes both crRNA and tracrRNA sequences, or a single guide nucleic acid that does not require tracrRNA. In the compositions and methods described herein, if two separate RNA molecules are combined to function as a guide nucleic acid, at least one of the components of the guide nucleic acid is under the control of an inducible promoter. If a single guide nucleic acid is used, that single guide nucleic acid is under the control of an inducible promoter.
[0063] Как правило, направляющая нуклеиновая кислота (например, гРНК) комплексируется с совместимой направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазой, а затем может гибридизироваться с целевой последовательностью, направляя тем самым нуклеазу к целевой последовательности. Направляющая нуклеиновая кислота может представлять собой ДНК или РНК; альтернативно направляющая нуклеиновая кислота может содержать как ДНК, так и РНК. В некоторых вариантах осуществления направляющая нуклеиновая кислота может содержать модифицированные или не встречающиеся в природе нуклеотиды. В тех случаях, когда направляющая нуклеиновая кислота содержит РНК, гРНК кодируется последовательностью ДНК на молекуле полинуклеотида, такой как плазмида, линейный конструкт, или находится внутри редактирующей кассеты и предпочтительно находится под управлением индуцибeльного промотора. [0063] Typically, a target nucleic acid (eg, gRNA) is complexed with a compatible target nucleic acid nuclease and can then hybridize to a target sequence, thereby directing the nuclease to the target sequence. The target nucleic acid may be DNA or RNA; alternatively, the target nucleic acid may comprise both DNA and RNA. In some embodiments, the guide nucleic acid may contain modified or non-naturally occurring nucleotides. Where the target nucleic acid contains RNA, the gRNA is encoded by a DNA sequence on a polynucleotide molecule, such as a plasmid, a linear construct, or is within an editing cassette and is preferably under the control of an inducible promoter.
[0064] Направляющая нуклеиновая кислота содержит направляющую последовательность, представляющую собой полинуклеотидную последовательность, имеющую достаточную комплементарность с целевой последовательностью для гибридизации с целевой последовательностью и прямого последовательного связывания комплексированной нуклеазы, направляемой нуклеиновой кислотой, с целевой последовательностью. Степень комплементарности между направляющей последовательностью и соответствующей целевой последовательностью при оптимальном выравнивании с использованием подходящего алгоритма выравнивания, составляет приблизительно или больше чем приблизительно 50%, 60%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 97,5%, 99% или больше. Оптимальное выравнивание может быть определено с использованием любого подходящего алгоритма для выравнивания последовательностей. В некоторых вариантах осуществления направляющая последовательность (часть направляющей нуклеиновой кислоты, которая гибридизируется с целевой последовательностью) имеет приблизительно или больше чем приблизительно 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, 75 или более нуклеотидов в длину. В некоторых вариантах осуществления направляющая последовательность имеет меньше чем приблизительно 75, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20 нуклеотидов в длину. Предпочтительно направляющая последовательность имеет 10-30 или 15-20 нуклеотидов в длину, или 15, 16, 17, 18, 19 или 20 нуклеотидов в длину. [0064] The targeting nucleic acid comprises a targeting sequence, which is a polynucleotide sequence having sufficient complementarity with the target sequence for hybridization with the target sequence and direct sequential binding of the complexed nuclease directed by the nucleic acid to the target sequence. The degree of complementarity between the guide sequence and the corresponding target sequence, when optimally aligned using a suitable alignment algorithm, is about or greater than about 50%, 60%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 97.5%, 99% or more. The optimal alignment can be determined using any suitable sequence alignment algorithm. In some embodiments, the targeting sequence (the portion of the targeting nucleic acid that hybridizes to the target sequence) is about or greater than about 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, 75 or more nucleotides in length. In some embodiments, the guide sequence is less than about 75, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20 nucleotides in length. Preferably the guide sequence is 10-30 or 15-20 nucleotides in length, or 15, 16, 17, 18, 19 or 20 nucleotides in length.
[0065] В настоящих способах и композициях направляющая нуклеиновая кислота обеспечивается как последовательность, экспрессируемая из плазмиды или вектора, и содержит как направляющую последовательность, так и каркасную последовательность в виде единого транскрипта под управлением индуцибeльного промотора. Альтернативно направляющие нуклеиновые кислоты могут быть транскрибированы из двух отдельных последовательностей, по меньшей мере одна из которых находится под управлением индуцибeльного промотора. Направляющая нуклеиновая кислота может быть сконструирована для нацеливания на желаемую целевую последовательность ДНК путем изменения направляющей последовательности так, чтобы направляющая последовательность была комплементарной целевой последовательности ДНК, обеспечивая тем самым гибридизацию между направляющей последовательностью и целевой последовательностью ДНК. В большинстве случаев для того, чтобы произвести редактирование в целевой последовательности ДНК, комплекс гРНК/нуклеаза связывается с целевой последовательностью, как определяется направляющей РНК, и нуклеаза распознает последовательность смежного мотива протоспейсера (PAM), смежную с целевой последовательностью. Целевая последовательность может быть любым полинуклеотидом (ДНК или РНК), эндогенным или экзогенным по отношению к прокариотической или эукариотической клетке, или in vitro. Например, целевая последовательность может быть полинуклеотидом, находящимся в ядре эукариотической клетки. Целевая последовательность может быть последовательностью, кодирующей генный продукт (например, белок) и/или некодирующей последовательностью (например, регуляторным полинуклеотидом, интроном, PAM или «мусорной» ДНК). [0065] In the present methods and compositions, the guide nucleic acid is provided as a sequence expressed from a plasmid or vector and contains both the guide sequence and the backbone sequence as a single transcript under the control of an inducible promoter. Alternatively, guide nucleic acids can be transcribed from two separate sequences, at least one of which is under the control of an inducible promoter. A targeting nucleic acid can be designed to target a desired target DNA sequence by changing the targeting sequence so that the targeting sequence is complementary to the target DNA sequence, thereby allowing hybridization between the targeting sequence and the target DNA sequence. In most cases, in order to make an edit in a target DNA sequence, the gRNA/nuclease complex binds to the target sequence, as determined by the guide RNA, and the nuclease recognizes a protospacer adjacent motif (PAM) sequence adjacent to the target sequence. The target sequence can be any polynucleotide (DNA or RNA), endogenous or exogenous to a prokaryotic or eukaryotic cell, or in vitro . For example, the target sequence may be a polynucleotide found in the nucleus of a eukaryotic cell. The target sequence can be a gene product coding sequence (eg a protein) and/or a non-coding sequence (eg a regulatory polynucleotide, intron, PAM or junk DNA).
[0066] Направляющая нуклеиновая кислота может быть частью редактирующей кассеты, которая кодирует донорную нуклеиновую кислоту; то есть, редактирующая кассета может быть кассетой CREATE (см., например, патенты США №№ 9/982278, выданный 29 мая 2019 г., и 10/240167, выданный 26 марта 2019 г.; 10/266849, выданный 23 апреля 2019 г.; а также американские патентные заявки №№ 15/948785, поданная 09 апреля 2018 г.; 16/275439, поданная 14 февраля 2019 г.; и 16/275465, поданная 14 февраля 2019 г., все из которых включены в настоящий документ посредством ссылки во всей их полноте). Направляющая нуклеиновая кислота и донорная нуклеиновая кислота могут быть и обычно находятся под управлением единственного (в этом случае предпочтительно индуцибeльного) промотора. Опять же, следует отметить, что, либо направляющая нуклеиновая кислота, либо нуклеаза должны находиться под управлением индуцибeльного промотора, и в некоторых вариантах осуществления и предпочтительно как направляющая нуклеиновая кислота, так и нуклеаза находятся под управлением индуцибeльного промотора. На самом деле важно, чтобы индуцибeльный промотор (промоторы), управляющий транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты и/или (наиболее предпочтительно и) нуклеазы, жестко контролировался. В частности, важно, чтобы активность нуклеазы контролировалась так, чтобы избежать значительного отклонения и потери эффективности до сингуляции и выращивания сингулированных клеток. Таким образом, степень, в которой аппарат редактирования способен достичь статуса выключения, является важной независимо от процесса сингуляции или существенной сингуляции. Альтернативно направляющая нуклеиновая кислота может не быть частью редактирующей кассеты, и вместо этого может кодироваться на цепи вектора-двигателя или редактирующего вектора. Например, кодирование последовательности для направляющей нуклеиновой кислоты может быть сначала собрано или вставлено в цепь вектора, с последующей вставкой донорной нуклеиновой кислоты. В других случаях донорная нуклеиновая кислота может быть сначала вставлена или собрана в векторную цепь, с последующей вставкой кодирования последовательности для направляющей нуклеиновой кислоты. В других случаях кодирование последовательности направляющей нуклеиновой кислоты и донорной нуклеиновой кислоты (вставленной, например, в редактирующую кассету) одновременно, но раздельно, вставляются или собираются в вектор. В других вариантах осуществления (и предпочтительно) кодирование последовательности направляющей нуклеиновой кислоты и кодирование последовательности донорной нуклеиновой кислоты оба включаются в редактирующую кассету.[0066] The target nucleic acid may be part of an editing cassette that encodes a donor nucleic acid; that is, the editing cassette may be a CREATE cassette (see, for example, U.S. Patent Nos. 9/982278, issued May 29, 2019, and 10/240167, issued March 26, 2019; 10/266849, issued April 23, 2019 15/948785, filed April 09, 2018; 16/275439, filed February 14, 2019; and 16/275465, filed February 14, 2019, all of which are incorporated herein. document by reference in their entirety). The target nucleic acid and the donor nucleic acid can be, and usually are, under the control of a single (in this case preferably an inducible) promoter. Again, it should be noted that either the target nucleic acid or the nuclease must be under the control of an inducible promoter, and in some embodiments and preferably both the target nucleic acid and the nuclease are under the control of an inducible promoter. In fact, it is important that the inducible promoter(s) driving the transcription of the target nucleic acid and/or (most preferably) the nuclease be tightly controlled. In particular, it is important that nuclease activity be controlled so as to avoid significant bias and loss of efficiency prior to singulation and growth of singulated cells. Thus, the extent to which the editing apparatus is able to reach the off status is important regardless of the process of singulation or significant singulation. Alternatively, the targeting nucleic acid may not be part of the editing cassette, and may instead be encoded on the motor or editing vector strand. For example, the sequence encoding for a guide nucleic acid may be first assembled or inserted into a vector strand, followed by insertion of a donor nucleic acid. In other cases, the donor nucleic acid may be first inserted or assembled into the vector strand, followed by insertion of the coding sequence for the target nucleic acid. In other cases, the encoding of the guide nucleic acid sequence and the donor nucleic acid (inserted, for example, in an editing cassette) simultaneously, but separately, are inserted or assembled into a vector. In other embodiments (and preferably), encoding the guide nucleic acid sequence and encoding the donor nucleic acid sequence are both included in the editing cassette.
[0067] Целевая последовательность связывается с PAM, которая является короткой нуклеотидной последовательностью, распознаваемой комплексом гРНК/нуклеаза. Точная последовательность PAM и требования длины для различных направляемых нуклеиновой кислотой нуклеаз варьируются; однако PAM обычно представляют собой последовательности из 2-7 пар азотистых оснований, смежные или находящиеся недалеко от целевой последовательности, и, в зависимости от нуклеазы, могут быть 5' или 3' к целевой последовательности. Разработка PAM-взаимодействующего домена направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы может позволить изменять специфичность PAM, улучшать точность распознавания целевого участка, уменьшать точность распознавания целевого участка и увеличивать универсальность направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы. В некоторых вариантах осуществления редактирование генома целевой последовательности как вводит желаемое изменение ДНК в целевую последовательность, например, геномную ДНК клетки, так и удаляет, видоизменяет или делает неактивной область прото-спейсера (PAM) в целевой последовательности; то есть, донорная ДНК часто включает в себя изменение целевой последовательности, которое предотвращает связывание нуклеазы с PAM в целевой последовательности после того, как произошло редактирование. Дезактивация PAM в целевой последовательности предотвращает дополнительное редактирование клеточного генома в этой целевой последовательности, например, при последующем воздействии направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазой, комплексированной с синтетической направляющей нуклеиновой кислотой, в более поздних циклах редактирования. Таким образом, клетки, имеющие желаемое изменение целевой последовательности и измененную PAM, могут быть выбраны с использованием направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, комплексированной с синтетической направляющей нуклеиновой кислотой, комплементарной к целевой последовательности. Клетки, которые не подверглись первому редактированию, будут разрезаны, что приведет к разрыву двухцепочечной ДНК, и таким образом больше не будут жизнеспособными. Клетки, содержащие желаемое изменение целевой последовательности и измененную PAM, не будет разрезаны, поскольку эти отредактированные клетки больше не содержат необходимый участок PAM, и продолжат расти и распространяться. [0067] The target sequence binds to PAM, which is a short nucleotide sequence recognized by the gRNA/nuclease complex. The exact PAM sequence and length requirements for different nucleic acid-targeted nucleases vary; however, PAMs are typically 2-7 base pair sequences adjacent or close to the target sequence and, depending on the nuclease, may be 5' or 3' to the target sequence. The development of a PAM-interacting domain of a nucleic acid-targeted nuclease may allow the specificity of PAM to be modified, improve target site recognition accuracy, decrease target site recognition accuracy, and increase the versatility of the nucleic acid-targeted nuclease. In some embodiments, editing the genome of a target sequence both introduces a desired DNA change into a target sequence, such as the genomic DNA of a cell, and removes, alters, or renders inactive a proto-spacer (PAM) region in the target sequence; that is, the donor DNA often includes a change in the target sequence that prevents the nuclease from binding to the PAM in the target sequence after the edit has taken place. Deactivation of a PAM at a target sequence prevents further editing of the cellular genome at that target sequence, for example, by subsequent exposure to a nucleic acid-targeted nuclease complexed with a synthetic target nucleic acid in later editing rounds. Thus, cells having the desired target sequence change and PAM alteration can be selected using a nucleic acid-targeted nuclease complexed with a synthetic target nucleic acid complementary to the target sequence. Cells that have not undergone the first edit will be cut, resulting in double-stranded DNA breaks, and thus no longer viable. Cells containing the desired target sequence change and the modified PAM will not be cut as these edited cells no longer contain the required PAM region and will continue to grow and spread.
[0068] Диапазон целевых последовательностей, которые могут распознавать направляемые нуклеиновой кислотой нуклеазы, ограничивается необходимостью в расположении конкретной PAM около желаемой целевой последовательности. В результате часто может быть трудным нацеливать изменения с такой точностью, которая необходима для редактирования генома. Было найдено, что нуклеазы могут очень хорошо распознавать некоторые PAM (например, канонические PAM), а другие PAM - менее хорошо или плохо (например, неканонические PAM). Поскольку способы, раскрытые в настоящем документе, позволяют идентифицировать отредактированные клетки на большом фоне неотредактированных клеток, эти способы позволяют идентифицировать отредактированные клетки в тех случаях, когда PAM является неоптимальной; то есть способы идентификации отредактированных клеток в настоящем документе позволяют идентифицировать отредактированные клетки, даже если эффективность редактирования является очень низкой. Кроме того, настоящие способы расширяют область охвата целевых последовательностей, которые могут быть отредактированы, поскольку изменения более легко идентифицируются, включая клетки, в которых изменения генома связаны с менее функциональными PAM.[0068] The range of target sequences that can recognize nucleic acid-directed nucleases is limited by the need to locate a particular PAM near the desired target sequence. As a result, it can often be difficult to target changes with the precision required for genome editing. It has been found that nucleases can recognize some PAMs very well (eg canonical PAMs) and other PAMs less well or poorly (eg non-canonical PAMs). Since the methods disclosed herein allow the identification of edited cells against a large background of unedited cells, these methods allow the identification of edited cells in cases where PAM is suboptimal; that is, the methods for identifying edited cells herein allow the identification of edited cells even if the editing efficiency is very low. In addition, the present methods expand the scope of target sequences that can be edited as changes are more easily identified, including cells in which genome changes are associated with less functional PAMs.
[0069] Что касается нуклеазного компонента системы редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, полинуклеотидная последовательность, кодирующая направляемую нуклеиновой кислотой нуклеазу, может быть кодонно оптимизирована для экспрессии в конкретных клетках, таких как простейшие, прокариотические или эукариотические клетки. Эукариотические клетки могут быть клетками дрожжей, грибов, морских водорослей, растений, животных, или клетками человека. Эукариотические клетки могут быть клетками или производными от них конкретного организма, такого как млекопитающее, включая, но не ограничиваясь этим, человека, мышь, крысу, кролика, собаку или млекопитающее, не являющееся человеком, включая приматов, не являющихся человеком. Выбор используемой направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы зависит от многих факторов, таких как тип редактирования, который необходимо произвести в целевой последовательности, и находится ли подходящая PAM близко к желаемой целевой последовательности. Нуклеазы, используемые в описанных в настоящем документе способах, включают в себя, не ограничиваясь этим, Cas 9, Cas 12/CpfI, MAD2 или MAD7, или другие MADзимы. Как и в случае с направляющей нуклеиновой кислотой, нуклеаза может кодироваться последовательностью ДНК на векторе (например, векторе-двигателе) и находиться под управлением конститутивного или, предпочтительно, индуцибeльного промотора. Опять же, по меньшей мере одна и предпочтительно обе из нуклеазы и направляющей нуклеиновой кислоты находятся под управлением индуцибeльного промотора. В некоторых вариантах осуществления последовательность, кодирующая нуклеазу, находится под управлением индуцибeльного промотора, и индуцибeльный промотор может быть отдельным, но тем же самым, что и индуцибeльный промотор, управляющий транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты; то есть отдельный индуцибeльный промотор управляет транскрипцией нуклеазы и последовательностей направляющей нуклеиновой кислоты, но два индуцибeльных промотора могут иметь один и тот же тип (например, оба могут быть промоторами pL). Альтернативно индуцибeльный промотор, управляющий экспрессией нуклеазы, может отличаться от индуцибeльного промотора, управляющего транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты; то есть, например, нуклеаза может находиться под управлением индуцибeльного промотора pBAD, а направляющая нуклеиновая кислота может находиться под управлением индуцибeльного промотора pL. Опять же следует отметить, что важно, чтобы индуцибeльный промотор (промоторы), управляющий транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты и нуклеазы, жестко контролировался. В частности важно, чтобы активность нуклеазы контролировалась так, чтобы избежать значительного отклонения и потери эффективности до сингуляции и процесса выращивания сингулированных клеток. Таким образом, степень, в которой аппарат редактирования способен достичь статуса выключения, является важной независимо от процесса сингуляции или существенной сингуляции. [0069] With regard to the nuclease component of a nucleic acid-directed nuclease editing system, a polynucleotide sequence encoding a nucleic acid-directed nuclease can be codon optimized for expression in specific cells, such as protozoan, prokaryotic, or eukaryotic cells. Eukaryotic cells can be yeast, fungal, algae, plant, animal, or human cells. Eukaryotic cells can be cells or derived from a particular organism, such as a mammal, including, but not limited to, a human, a mouse, a rat, a rabbit, a dog, or a non-human mammal, including non-human primates. The selection of the nucleic acid-targeted nuclease to use depends on many factors such as the type of editing to be done on the target sequence and whether a suitable PAM is close to the desired target sequence. Nucleases used in the methods described herein include, but are not limited to,
[0070] Другим компонентом системы на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы является донорная нуклеиновая кислота. В некоторых вариантах осуществления донорная нуклеиновая кислота находится на том же самом полинуклеотиде (например, векторе или редактирующей кассете (CREATE)), что и направляющая нуклеиновая кислота. Донорная нуклеиновая кислота предназначена для использования в качестве матрицы для гомологичной рекомбинации с целевой последовательностью, разрезанной или расщепленной нуклеазой, направляемой нуклеиновой кислотой, в качестве части комплекса гРНК/нуклеаза. Полинуклеотид донорной нуклеиновой кислоты может иметь любую подходящую длину, такую как приблизительно или больше чем приблизительно 30, 35, 40, 45, 50, 75, 100, 150, 200, 500, 1000, 2500, 5000 нуклеотидов или больше. В некоторых предпочтительных аспектах донорная нуклеиновая кислота может обеспечиваться как олигонуклеотид из 40-300 нуклеотидов, более предпочтительно из 50-250 нуклеотидов. Донорная нуклеиновая кислота содержит область, которая является комплементарной к некоторой части целевой последовательности (например, гомологичному плечу). При оптимальном выравнивании донорная нуклеиновая кислота перекрывается с (становится комплементарной к) целевой последовательностью, например, приблизительно на 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или более нуклеотидов. Во многих вариантах осуществления донорная нуклеиновая кислота содержит два гомологичных плеча (области, комплементарные к целевой последовательности), расположенных по бокам мутации или разности между донорной нуклеиновой кислотой и целевой матрицей. Донорная нуклеиновая кислота содержит по меньшей мере одну мутацию или изменение по сравнению с целевой последовательностью, такую как вставка, удаление, модификация или любая их комбинация, по сравнению с целевой последовательностью. [0070] Another component of the nucleic acid-directed nuclease system is a donor nucleic acid. In some embodiments, the donor nucleic acid is on the same polynucleotide (eg, vector or editing cassette (CREATE)) as the target nucleic acid. The donor nucleic acid is intended to be used as a template for homologous recombination with a target sequence cut or cleaved by a nucleic acid directed nuclease as part of a gRNA/nuclease complex. The donor nucleic acid polynucleotide may be any suitable length, such as about or greater than about 30, 35, 40, 45, 50, 75, 100, 150, 200, 500, 1000, 2500, 5000 nucleotides or more. In some preferred aspects, the donor nucleic acid may be provided as an oligonucleotide of 40-300 nucleotides, more preferably 50-250 nucleotides. The donor nucleic acid contains a region that is complementary to some portion of the target sequence (eg, a homologous arm). In optimal alignment, the donor nucleic acid overlaps with (becomes complementary to) the target sequence, for example, by about 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60, 70, 80, 90 or more nucleotides. In many embodiments, the donor nucleic acid contains two homologous arms (regions complementary to the target sequence) flanked by a mutation or difference between the donor nucleic acid and the target template. The donor nucleic acid contains at least one mutation or change from the target sequence, such as an insertion, deletion, modification, or any combination thereof, from the target sequence.
[0071] Часто донорная нуклеиновая кислота обеспечивается как редактирующая кассета, которая вставляется в цепь вектора, которая может содержать промотор, управляющий транскрипцией гРНК, и кодирующую последовательность гРНК, или цепь вектора может содержать промотор, управляющий транскрипцией гРНК, но не саму гРНК. Кроме того, может быть более одной, например, две, три, четыре или более кассет направляющей нуклеиновой кислоты/донорной нуклеиновой кислоты, вставленных в вектор-двигатель, где направляющие нуклеиновые кислоты находятся под управлением отдельных различных промоторов, отдельных одинаковых промоторов, или где все пары направляющая нуклеиновая кислота/донорная нуклеиновая кислота находятся под управлением единственного промотора. (См., например, патентный документ US № 16/275465, поданный 14 февраля 2019 г., посвященный множественным кассетам CREATE). Промотор, управляющий транскрипцией гРНК и донорной нуклеиновой кислоты (или управляющий больше чем одной парой гРНК/донорная нуклеиновая кислота), предпочтительно является индуцибeльным промотором, и промотор, управляющий транскрипцией нуклеазы, опционально также является индуцибeльным промотором. Таким образом, по меньшей мере одна - и предпочтительно обе - из направляющей нуклеиновой кислоты (гРНК) и нуклеазы находится под управлением индуцибeльного промотора.[0071] Often, the donor nucleic acid is provided as an editing cassette that is inserted into a vector strand, which may contain a promoter that directs the transcription of the gRNA and a coding sequence for the gRNA, or the vector strand may contain a promoter that directs the transcription of the gRNA, but not the gRNA itself. In addition, there may be more than one, for example, two, three, four or more target nucleic acid/donor nucleic acid cassettes inserted into the motor vector, where the target nucleic acids are under the control of separate different promoters, separate identical promoters, or where all guide nucleic acid/donor nucleic acid pairs are under the control of a single promoter. (See, for example, US Patent Document No. 16/275465, filed February 14, 2019, on multiple CREATE cassettes). A promoter driving the transcription of a gRNA and a donor nucleic acid (or driving more than one gRNA/donor nucleic acid pair) is preferably an inducible promoter, and a promoter driving the transcription of a nuclease is optionally also an inducible promoter. Thus, at least one - and preferably both - of the guide nucleic acid (gRNA) and the nuclease is under the control of an inducible promoter.
[0072] Индуцибeльное редактирование является выгодным тем, что существенно или в значительной степени сингулированные клетки могут быть выращены за несколько или много удвоений клеток, прежде чем будет инициировано редактирование, что увеличивает вероятность того, что клетки с изменениями выживут, поскольку разрезы двойной спирали, вызванные активным редактированием, являются в значительной степени токсичными для клеток. Эта токсичность приводит как к некрозу клеток в отредактированных колониях, так и к задержке роста отредактированных клеток, которые выжили, но должны ремонтироваться и восстанавливаться после редактирования. Однако как только отредактированные клетки получат шанс восстановиться, размер колоний отредактированных клеток в конечном итоге сравняется с размером колоний неотредактированных клеток (например, процесс «нормализации» или выращивания колоний до «конечного размера»; см., например, Фиг. 1B, описываемую ниже). [0072] Inducible editing is advantageous in that significantly or heavily singulated cells can be grown in a few or many cell doublings before editing is initiated, which increases the likelihood that cells with changes will survive as double helix cuts caused by active editing, are largely toxic to cells. This toxicity results in both necrosis of cells in the edited colonies and growth retardation of the edited cells, which survive but need to be repaired and regenerated after editing. However, once the edited cells have a chance to recover, the colony size of the edited cells will eventually equal the colony size of the unedited cells (e.g., the process of "normalizing" or growing colonies to "final size"; see e.g. Fig. 1B described below) .
[0073] В дополнение к донорной нуклеиновой кислоте, редактирующая кассета может содержать один или более участков праймера. Участки праймера могут использоваться для усиления редактирующей кассеты путем использования олигонуклеотидных праймеров; например, если участки праймера располагаются по бокам одного или более других компонентов редактирующей кассеты. [0073] In addition to the donor nucleic acid, the editing cassette may contain one or more primer regions. Primer regions can be used to enhance the editing cassette by using oligonucleotide primers; for example, if the primer sites are located on the sides of one or more other components of the editing cassette.
[0074] Кроме того, как было описано выше, донорная нуклеиновая кислота может содержать - в дополнение к по меньшей мере одной мутации относительно целевой последовательности - одно или более изменений последовательности PAM, которые видоизменяют, удаляют или делают неактивным участок PAM в целевой последовательности. Изменение последовательности PAM в целевой последовательности делает участок PAM «устойчивым» к направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазе, и предохраняет целевую последовательность от дальнейшего редактирования в последующих циклах редактирования, если используется та же самая нуклеаза. [0074] In addition, as described above, the donor nucleic acid may contain - in addition to at least one mutation relative to the target sequence - one or more PAM sequence changes that alter, delete, or render inactive a PAM site in the target sequence. Changing the PAM sequence in the target sequence renders the PAM region "resistant" to the nucleic acid-directed nuclease, and prevents the target sequence from being further edited in subsequent editing cycles if the same nuclease is used.
[0075] Редактирующая кассета может также содержать штриховой код. Штриховой код является уникальной последовательностью ДНК, которая соответствует последовательности донорной ДНК, так что штриховой код может идентифицировать изменение, сделанное в соответствующей целевой последовательности. Штриховой код может содержать больше четырех нуклеотидов. В некоторых вариантах осуществления редактирующие кассеты содержат набор донорных нуклеиновых кислот, представляющий, например, генные или геномные библиотеки донорных нуклеиновых кислот. Библиотека редактирующих кассет клонируется в цепи вектора, где, например, каждый различный дизайн донорной нуклеиновой кислоты связан с различным штриховым кодом, или, альтернативно, каждая различная молекула кассеты связана с различным штриховым кодом.[0075] The editing cassette may also contain a bar code. The barcode is a unique DNA sequence that matches that of the donor DNA, so that the barcode can identify a change made to the corresponding target sequence. A barcode may contain more than four nucleotides. In some embodiments, the editing cassettes comprise a set of donor nucleic acids representing, for example, gene or genomic libraries of donor nucleic acids. The editing cassette library is cloned into a vector strand where, for example, each different donor nucleic acid design is associated with a different barcode, or alternatively, each different cassette molecule is associated with a different barcode.
[0076] Кроме того, в некоторых вариантах осуществления вектор экспрессии или компоненты кодирования кассеты системы на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы дополнительно кодируют направляемую нуклеиновой кислотой нуклеазу, содержащую одну или более ядерных последовательностей локализации (NLS), например, приблизительно или больше чем 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или более NLS. В некоторых вариантах осуществления сконструированная нуклеаза содержит NLS на или около амино-конца, NLS на или около карбокси-конца, или комбинацию. [0076] In addition, in some embodiments, the expression vector or coding components of a nucleic acid-targeted nuclease system cassette further encode a nucleic acid-targeted nuclease comprising one or more nuclear localization sequences (NLS), e.g., about or greater than 1, 2 , 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or more NLS. In some embodiments, the engineered nuclease contains NLS at or near the amino terminus, NLS at or near the carboxy terminus, or a combination.
Примерные рабочие процессы для редактирования, обогащения и отбора отредактированных клетокSample Workflows for Editing, Enriching, and Selecting Edited Cells
[0077] Описанные в настоящем документе способы обеспечивают улучшенную наблюдаемую эффективность редактирования способов редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы в результате комбинации сингуляции или существенной сингуляции, начального роста клеток, индукции редактирования и нормализации получаемых колоний клеток или отбора медленно растущих колоний клеток. Комбинация процессов сингуляции или существенной сингуляции, начального роста клеток, индукции редактирования и нормализации преодолевает сдвиг роста в пользу неотредактированных клеток, а также эффектов пригодности редактирования (включая разные скорости редактирования), обеспечивая таким образом всем клеткам равные возможности. Комбинация сингуляции или существенной сингуляции, первичного роста клеток, индукции редактирования и отбора обеспечивает прямой выбор отредактированных колоний клеток. Результат описанных в настоящем документе способов состоит в том, что даже в системах на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, где редактирование не является оптимальным (например, в системах, где мишенью являются неканонические PAM), происходит увеличение наблюдаемой эффективности редактирования; то есть отредактированные клетки могут быть идентифицированы даже на большом фоне неотредактированных клеток. Наблюдаемая эффективность редактирования может быть улучшена до 80% или больше. Сингуляция, начальный рост, индукция редактирования и нормализация колоний клеток или отбор колоний клеток приводят к 2-250x, 10-225x, 25-200x, 40-175x, 50-150x, 60-100x или 5-100x усилению идентификации отредактированных клеток по сравнению со способами предшествующего уровня техники и позволяет генерировать сгруппированные или объединенные отредактированные клетки, содержащие библиотеки генома. Кроме того, эти инструменты, модули и способы могут использоваться для создания итерационных систем редактирования с целью создания комбинаторных библиотек, идентификации редких изменений клеток и обеспечения возможности высокопроизводительным приложениям обогащения идентифицировать активность редактирования. [0077] The methods described herein provide improved observed editing performance of nucleic acid-directed nuclease-based editing methods as a result of a combination of singulation or substantial singulation, initial cell growth, editing induction and normalization of resulting cell colonies, or selection of slow growing cell colonies. The combination of singulation or substantial singulation processes, initial cell growth, editing induction and normalization overcomes the growth bias in favor of unedited cells, as well as editing suitability effects (including different editing speeds), thus giving all cells an equal opportunity. The combination of singulation or essential singulation, primary cell growth, editing induction and selection provides direct selection of edited cell colonies. The result of the methods described herein is that even in nucleic acid-directed nuclease-based systems where editing is not optimal (eg, in systems where non-canonical PAMs are targeted), there is an increase in observed editing efficiency; that is, edited cells can be identified even against a large background of unedited cells. The observed editing efficiency can be improved up to 80% or more. Singulation, initial growth, editing induction and cell colony normalization or cell colony selection results in 2-250x, 10-225x, 25-200x, 40-175x, 50-150x, 60-100x, or 5-100x enhancement in the identification of edited cells compared to with prior art methods and allows the generation of clustered or pooled edited cells containing genome libraries. In addition, these tools, modules, and methods can be used to create iterative editing systems to create combinatorial libraries, identify rare cell changes, and enable high-throughput enrichment applications to identify editing activity.
[0078] Фиг. 1A показывает упрощенные блок-схемы для двух альтернативных примерных способов 100a и 100b сингуляции клеток для обогащения (100a) и для отбора (100b). На Фиг. 1A способ 100 начинается с трансформации клеток 110 с помощью компонентов, необходимых для выполнения редактирования с использованием направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы. Например, клетки могут преобразовываться одновременно с отдельным вектором-двигателем и редактирующим вектором; клетки могут быть уже преобразованы с помощью вектора-двигателя, экспрессирующего нуклеазу (например, клетки могут быть уже преобразованы с помощью вектора-двигателя, или кодирующая последовательность для нуклеазы может быть устойчиво интегрирована в клеточный геном), таким образом, что только редактирующий вектор должен быть преобразован в клетки; или клетки могут преобразовываться с помощью единственного вектора, содержащего все компоненты, требуемые для выполнения редактирования генома с использованием направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы. [0078] FIG. 1A shows simplified flowcharts for two alternative exemplary
[0079] Для введения (например, трансформации или трансфекции) компонентов системы редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы в клетку 110 хозяина можно использовать различные системы доставки. Эти системы доставки включают в себя использование дрожжевых систем, систем липофекции, систем микроинъекций, биолистических систем, виросом, липосом, иммунолипосом, поликатионов, конъюгатов липид:нуклеиновая кислота, вирионов, искусственных вирионов, вирусных векторов, электропорации, клеточно-проницаемых пептидов, наночастиц, нанопроволок и экзосом. Альтернативно молекулярные троянские липосомы могут использоваться для доставки компонентов направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы через гематоэнцефалический барьер. Интересным, особенно в контексте автоматизированного мультимодульного инструмента для редактирования клеток, является использование электропорации, в частности проточной электропорации (как автономного инструмента или как модуля в автоматизированной мультимодульной системе), описанное, например, в патентных документах US № 16/147120, поданном 28 сентября 2018 г.; № 16/147353, поданном 28 сентября 2018 г.; № 16/147865, поданном 30 сентября 2018 г.; и № 16/147871, поданном 30 сентября 2018 г. Если модуль сингуляции или существенной сингуляции/роста/индукции редактирования и нормализации со сплошной стенкой представляет собой один модуль в автоматизированном мультимодульном инструменте для редактирования клеток, описываемом в настоящем документе ниже, клетки могут трансформироваться в автоматизированном модуле трансформации клеток.[0079] Various delivery systems can be used to introduce (eg, transform or transfect) components of a nucleic acid-directed nuclease editing system into
[0080] После трансформации клеток с помощью компонентов, необходимых для выполнения редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, клетки по существу или в значительной степени сингулируются 120; то есть, клетки разбавляются (в случае необходимости) в жидкой культуральной среде так, чтобы клетки после их доставки на субстрат для сингуляции были по существу отделены друг от друга и могли формировать колонии, по существу отделенные друг от друга. Например, если используется устройство со сплошной стенкой (описываемое ниже со ссылками на Фиг. 3A-3E и 4A-4CC), клетки разбавляются таким образом, что после их доставки в устройство со сплошной стенкой они заполняют микролунки устройства со сплошной стенкой в соответствии с пуассоновским или по существу пуассоновским распределением. В одном примере (проиллюстрированном на Фиг. 3A), сингуляция достигается, когда в среднем половина клеток доставляется в каждую микролунку; то есть когда некоторые микролунки содержат одну клетку, а другие микролунки не содержат клеток. Альтернативно, по существу пуассоновское распределение клеток происходит, когда две или несколько (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 или вплоть до 50, но предпочтительно 10 или меньше, или предпочтительно 5 или меньше) клеток доставляются в микролунку (проиллюстрировано на Фиг. 3B). [0080] After cells are transformed with the components necessary to perform nucleic acid-directed nuclease editing, the cells are substantially or substantially singulated 120; that is, the cells are diluted (if necessary) in the liquid culture medium so that the cells, upon delivery to the singulation substrate, are substantially separated from each other and can form colonies substantially separated from each other. For example, if a solid wall device (described below with reference to Figures 3A-3E and 4A-4CC) is used, the cells are diluted such that, upon delivery to the solid wall device, they fill the microwells of the solid wall device according to the Poisson or essentially a Poisson distribution. In one example (illustrated in Fig. 3A), singulation is achieved when, on average, half of the cells are delivered to each microwell; that is, when some microwells contain one cell and other microwells do not contain cells. Alternatively, a substantially Poisson cell distribution occurs when two or more (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 or up to 50, but preferably 10 or less, or preferably 5 or less) cells are delivered per microwell (illustrated in Fig. 3B).
[0081] После того, как клетки будут по существу или в значительной степени сингулированы 120, им дают возможность расти, например, до 2-130, или до 5-120, или до 10-100 удвоений, образуя клональные колонии 140. После того, как колонии образовались, индуцируется 130 редактирование, например, когда один или несколько индуцибельных промоторов управляют транскрипцией одной или обеих из гРНК и нуклеазы (предпочтительно обеих), а также, например, компонентов рекомбинантной системы λ red в бактериальных системах. В качестве примерной индуцибeльной системы см. Фиг. 1C, подробно описываемый ниже. После завершения редактирования в способе 100a обогащения клетки выращиваются в колонии конечного размера 150; то есть колонии, возникающие из существенно или в значительной степени сингулированных клеток, выращиваются в колонии до того момента, когда рост клеток достигает пика и нормализуется или насыщается как для отредактированных, так и для неотредактированных клеток. Нормализация происходит, когда питательные вещества в среде вокруг растущей колонии клеток исчерпываются, и/или растущие клетки заполняют микролунки, и дальнейший рост физически ограничивается. Колонии конечного размера объединяются 160 путем, например, соскребания колоний с пластины, содержащей твердую среду или другой субстрат, или путем смыва клональных колоний клеток из микролунок в устройстве или модуле со сплошной стенкой для того, чтобы объединить клетки из нормализованных колоний клеток. Опять же, поскольку сингуляция или существенная сингуляция преодолевают сдвиг роста в пользу неотредактированных клеток или клеток, демонстрирующих эффекты приспособляемости в результате сделанных изменений, сингуляция или существенная сингуляция, начальный рост, индукция редактирования и одна только нормализация обогащает общую популяцию клеток отредактированными клетками; то есть сингуляция или существенная сингуляция, объединенная с первичным ростом клеток, индуцирование редактирования и нормализация (например, выращивание колоний до предельного размера) обеспечивает высокопроизводительное обогащение отредактированных клеток.[0081] After the cells are substantially or substantially singulated 120, they are allowed to grow, for example, up to 2-130, or up to 5-120, or up to 10-100 doublings, forming
[0082] Способ 100b, показанный на Фиг. 1A, подобен способу 100a в том, что интересующие клетки трансформируются 110 с помощью компонентов, необходимых для выполнения редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы. Как было описано выше, клетки могут трансформироваться одновременно с помощью вектора-двигателя и редактирующего вектора, клетки могут уже экспрессировать нуклеазу (например, клетки могут быть уже трансформированы с помощью вектора-двигателя, или кодирующая последовательность для нуклеазы может быть устойчиво интегрирована в клеточный геном), таким образом, что только редактирующий вектор должен быть трансформирован в клетки; или клетки могут трансформироваться с помощью единственного вектора, содержащего все компоненты, требуемые для выполнения редактирования генома с использованием направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы. Кроме того, если модуль сингуляции или существенной сингуляции клеток, первичного роста клеток, индуцирования редактирования и нормализации или отбора («модуль изоляции/индуцирования/нормализации со сплошной стенкой» или «SWIIN») является одним модулем в автоматизированном мультимодульном инструменте для редактирования клеток, трансформация клеток может выполняться в автоматизированном модуле трансформации, как описывается со ссылками на Фиг. 8A-8E ниже.[0082] The
[0083] После трансформации 110 клеток с помощью компонентов, необходимых для выполнения редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, клетки разбавляются (в случае необходимости) в жидкой среде так, чтобы клетки после их доставки в устройство или модуль сингуляции были отделены друг от друга и могли сформировать колонии, которые отделяются друг от друга. Например, если используется устройство со сплошной стенкой (описанное со ссылками на Фиг. 3A-3E и 4A-4CC), клетки разбавляются таким образом, что после их доставки в устройство со сплошной стенкой они заполняют микролунки устройства со сплошной стенкой в соответствии с пуассоновским или по существу пуассоновским распределением. [0083] After 110 cells are transformed with the components needed to perform nucleic acid-directed nuclease editing, the cells are diluted (if necessary) in a liquid medium so that the cells, upon delivery to the singulation device or module, are separated from each other and could form colonies that separate from each other. For example, if a solid wall device (described with reference to Figs. 3A-3E and 4A-4CC) is used, the cells are diluted such that, upon delivery to the solid wall device, they fill the microwells of the solid wall device according to the Poisson or essentially a Poisson distribution.
[0084] После того, как клетки будут по существу или в значительной степени сингулированы 120, они растут, например, до 2-150, или до 5-120, или до 10-100 удвоений, образуя клональные колонии 130. После образования колоний редактирование индуцируется 140 путем, например, активирования индуцибeльных промоторов, которые управляют транскрипцией по меньшей мере одной из гРНК и нуклеазы (как было описано выше, предпочтительно обеих) и, в случае бактерий, рекомбинационной системы. Когда редактирование индуцируется 140, многие из отредактированных клеток в клональных колониях умирают из-за разрывов двухцепочечной ДНК, которые происходят в процессе редактирования; однако в процентном соотношении отредактированных клеток геном редактируется, и разрыв двухцепочечной ДНК должным образом исправляется. Когда им дают возможность восстановиться, эти отредактированные клетки начинают расти и восстанавливают популяции клеток внутри каждого изолированного раздела или колонии; однако рост отредактированных колоний имеет тенденцию отставать от роста тех клональных колоний, где редактирование не имело места (например, клетки-беглецы). Если рост этих колоний отслеживается 170, малые или медленно растущие колонии (отредактированных клеток) могут быть идентифицированы, а затем выбраны или отобраны 180 на основе наблюдаемых различий в размерах колоний.[0084] After the cells are substantially or substantially singulated 120, they grow to, for example, 2-150, or 5-120, or 10-100 doublings, forming
[0085] Фиг. 1B представляет собой график оптической плотности в зависимости от времени для неотредактированных клеток (сплошная линия) и отредактированных клеток (пунктирная линия). Фиг. 1B показывает, как происходит нормализация отредактированных и неотредактированных колоний. Следует отметить, что OD (например, рост) отредактированных клеток изначально отстает от неотредактированных клеток, но в конечном итоге догоняет ее, например, из-за того, что неотредактированные клетки истощают питательные вещества в среде, становясь физически ограниченными внутри микролунки или другой ограниченной зоны роста (такой как капелька), или иным образом прекращают рост в логарифмической фазе. Колониям клеток позволяют расти достаточно долго для того, чтобы рост отредактированных колоний догнал (приблизительно, по размеру, например по количеству клеток) неотредактированные колонии.[0085] FIG. 1B is a plot of absorbance versus time for unedited cells (solid line) and edited cells (dashed line). Fig. 1B shows how edited and unedited colonies are normalized. It should be noted that the OD (e.g., growth) of edited cells initially lags behind unedited cells, but eventually catches up, for example, due to unedited cells depleting nutrients in the medium, becoming physically confined within a microwell or other restricted area. growth (such as a droplet), or otherwise stop growing in a logarithmic phase. The cell colonies are allowed to grow long enough for the growth of the edited colonies to catch up (approximately in size, eg cell count) to the unedited colonies.
[0086] Фиг. 1C изображает примерную систему индуцибeльной экспрессии - в данном примере pL-индуцибeльную систему - для регулирования активности гРНК. В верхней части Фиг. 1C показана часть примерного вектора-двигателя 111, содержащего точку начала репликации 112, промотор 114, управляющий экспрессией гена 116 репрессора c1857, и первый промотор 118 pL, управляющий экспрессией нуклеазы 121. В верхней части Фиг. 1C также видна часть примерного редактирующего вектора 131, содержащего точку начала репликации 132, и второй промотор 134 pL, управляющий транскрипцией редактирующей кассеты 136 (например, кассеты CREATE), которая включает в себя кодирующие последовательности как для гРНК, так и для донорной ДНК. Средняя часть Фиг. 1C изображает продукт 124 гена 116 репрессора c1857 на векторе-двигателе 111, активно подавляющий первый промотор 118 pL, управляющий транскрипцией нуклеазы 121, и второй промотор 134 pL, управляющий транскрипцией редактирующей кассеты 136 на редактирующем векторе 131. Наконец, нижняя часть Фиг. 1C изображает белковый продукт 126 гена 116 репрессора c1857 на векторе-двигателе 111, разворачивающийся/разрушающийся при повышении температуры. Развернутый или разрушенный белковый продукт 126 не может связываться с первым промотором 118 pL или вторым промотором 134 pL; таким образом, промотор 118 pL является активным и управляет транскрипцией нуклеазы 121 на векторе-двигателе 111, а промотор 134 pL является активным и управляет транскрипцией кассеты редактирования 136 на редактирующем векторе 131.[0086] FIG. 1C depicts an exemplary inducible expression system—in this example, a pL-inducible system—for regulating gRNA activity. At the top of Fig. 1C shows a portion of an
[0087] На Фиг. 1C, транскрипция и нуклеазы, и гРНК находится под управлением промотора pL; однако в других вариантах осуществления для управления транскрипцией нуклеазы и гРНК могут использоваться различные индуцибeльные промоторы, или в некоторых вариантах осуществления только одна из нуклеазы и гРНК находится под управлением индуцибeльного промотора. Например, промоторы pL и pBAD показаны в связи с примерными вектором-двигателем и редактирующим вектором на Фиг. 11A и 11B, и был разработан ряд систем контроля регуляции генов для контролируемой экспрессии генов в клетках растений, микробов и животных, включая клетки млекопитающих. Эти системы включают в себя управляемую тетрациклином систему активации транскрипции (Tet-On/Tet-Off, Clontech, Inc.(Пало-Альто, Калифорния); Bujard and Gossen, PNAS, 89(12):5547-5551 (1992)), индуцибeльную систему Lac Switch (Wyborski et al., Environ Mol Mutagen, 28(4):447-58 (1996); DuCoeur et al., Strategies 5(3):70-72 (1992); и американский патент № 4833080), систему экспрессии генов, индуцируемую экдизоном (No et al., PNAS, 93(8):3346-3351 (1996)), систему переключения генов кумата (Mullick et al., BMC Biotechnology, 6:43 (2006)), и индуцируемую тамоксифеном экспрессию гена (Zhang et al., Nucleic Acids Research, 24:543-548 (1996)), и др. Однако, промотор pL является особенно полезным индуцибeльным промотором, потому что он активируется увеличением температуры до, например, 42°C, и дезактивируется возвратом температуры, например, к 30°C. В случае других индуцибельных систем, которые активируются присутствием или отсутствием конкретного молекулярного соединения, активация индуцибельного промотора требует добавления или удаления молекулярного соединения из культуральной среды, что требует обработки жидкости, замены среды, стадий промывки и т.п. [0087] In FIG. 1C, transcription of both nucleases and gRNA is under the control of the pL promoter; however, in other embodiments, different inducible promoters may be used to drive transcription of the nuclease and gRNA, or in some embodiments, only one of the nuclease and gRNA is under the control of an inducible promoter. For example, the pL and pBAD promoters are shown in association with an exemplary motor and edit vector in FIG. 11A and 11B, and a number of gene regulation control systems have been developed for controlled gene expression in plant, microbial, and animal cells, including mammalian cells. These systems include the tetracycline-driven transcription activation system (Tet-On/Tet-Off, Clontech, Inc. (Palo Alto, CA); Bujard and Gossen, PNAS, 89(12):5547-5551 (1992)), the inducible Lac Switch system (Wyborski et al., Environ Mol Mutagen, 28(4):447-58 (1996); DuCoeur et al., Strategies 5(3):70-72 (1992); and US Pat. No. 4,833,080) , the ecdysone-induced gene expression system (No et al., PNAS, 93(8):3346-3351 (1996)), the cumate gene switch system (Mullick et al., BMC Biotechnology, 6:43 (2006)), and tamoxifen inducible gene expression (Zhang et al., Nucleic Acids Research, 24:543-548 (1996)), etc. However, the pL promoter is a particularly useful inducible promoter because it is activated by increasing the temperature to, for example, 42°C , and is deactivated by returning the temperature to, for example, 30°C. In the case of other inducible systems that are activated by the presence or absence of a particular molecular compound, activation of the inducible promoter requires the addition or removal of the molecular compound from the culture medium, which requires fluid handling, medium replacement, washing steps, and the like.
[0088] Фиг. 2A изображает стандартный, обычный протокол 200 предшествующего уровня техники для выполнения редактирования генома на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, где конститутивно экспрессируемые компоненты нуклеазы обычно используются для управления высокоэффективным редактированием. На Фиг. 2A библиотека или коллекция редактирующих векторов 202 вводится 203 (например, электропорируется) в культивируемые клетки 204, которые содержат кодирующую последовательность для нуклеазы под управлением конститутивного или индуцибeльного промотора. В некоторых вариантах осуществления кодирующая последовательность для нуклеазы содержится на «векторе-двигателе», хотя в других вариантах осуществления кодирующая последовательность для нуклеазы может быть интегрирована в геном клетки. В еще одной альтернативе компоненты вектора-двигателя и редактирующего вектора могут быть объединены. Редактирующие векторы 202 содержат редактирующую последовательность, содержащую последовательность для желаемого редактирования в последовательности нуклеиновой кислоты, эндогенной для клетки, а также необязательную последовательность изменения PAM (чаще всего последовательность, которая отключает PAM в целевой последовательности в геноме), кодирующую последовательность для гРНК под управлением конститутивного промотора и селектируемый маркер. После того как клетки будут трансформированы редактирующими векторами, клетки помещают 205 на селективную среду 206 для выбора клеток, которые имеют как вектор-двигатель, так и редактирующий вектор, и клетки выращиваются до образования колоний. Клетки затем отбираются 207 из колоний и выращиваются, например, в 96-луночных пластинах 208 для того, чтобы подготовить их к секвенированию генома или плазмиды. Клетки, которые растут на пластине 206 с селективной средой, должны содержать как вектор-двигатель, так и редактирующий вектор; однако вероятно, что в некоторых клетках компоненты направляемого нуклеиновой кислотой редактирования могут быть нефункциональными. В объединенных или мультиплексных форматах вероятно избирательное обогащение клеток с нефункциональной системой редактирования, поскольку неотредактированные клетки не подвергаются разрывам двухцепочечной ДНК, которые происходят во время редактирования. Жесткий отбор клеток с нефункциональными системами редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы приводит к непропорциональному представлению неотредактированных клеток в окончательной популяции клеток и ставит под угрозу целостность библиотек, созданных посредством мультиплексированных нуклеазных систем редактирования. [0088] FIG. 2A depicts a standard, conventional
[0089] Фиг. 2B-2F изображают улучшенные протоколы для выполнения редактирования генома на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы. Фиг. 2B изображает первый вариант осуществления 201 улучшенного протокола для выполнения редактирования генома на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, использующего индуцибeльный промотор для управления экспрессией гРНК. На Фиг. 2B библиотека или коллекция редактирующих векторов 202 вводится 203 (например, электропорируется) в культивируемые клетки 204, которые содержат кодирующую последовательность для нуклеазы под управлением конститутивного или индуцибeльного промотора; наиболее жесткая регуляция системы на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы достигается при использовании индуцибeльного промотора для управления экспрессией нуклеазы, поэтому предпочтительно, чтобы индуцибельный промотор использовался для управления транскрипцией нуклеазы. В некоторых вариантах осуществления кодирующая последовательность для нуклеазы содержится на «плазмиде-двигателе» (чаще всего вместе, например, с селектируемым маркером), которая уже была трансформирована в клетки, хотя в других вариантах осуществления кодирующая последовательность для нуклеазы может быть интегрирована в геном клеток. В других вариантах осуществления кодирующая последовательность для нуклеазы может быть расположена на редактирующем векторе (то есть объединенном векторе-двигателе и редактирующем векторе). Редактирующие векторы 202 содержат редактирующую последовательность, которая опционально включает в себя изменяющую PAM последовательность (чаще всего последовательность, которая отключает PAM на целевом участке в геноме), кодирующую последовательность для гРНК под управлением индуцибeльного промотора и селектируемый маркер. [0089] FIG. 2B-2F depict improved protocols for performing genome editing based on a nucleic acid-directed nuclease. Fig. 2B depicts a
[0090] После того, как клетки 204 будут трансформированы редактирующими векторами, клетки помещают 205 на селективную среду для выбора клеток, которые имеют как вектор-двигатель, так и редактирующий вектор, и клетки выращиваются до образования колоний 206. Клетки затем отбираются 207 из колоний и выращиваются в течение ночи, например, в первой 96-луночной пластине 208 в среде, которая выбирает как вектор-двигатель, так и редактирующий вектор. На следующей стадии 209 клетки из первой 96-луночной пластины 208 реплицируются во вторую 96-луночную пластину 210 в среду, содержащую дополнительный селективный компонент, такой как, например, арабиноза, для стимулирования сильной индукции рекомбинационной системы λ red (механизм гомологичного ремонта). Индуцибeльный промотор pBAD (индуцируемый присутствием арабинозы в среде для выращивания) управляет рекомбинационной системой λ red и описывается со ссылкой на Фиг. 11A ниже. Опять же, хотя рекомбинационная система иллюстрируется здесь в бактериальной системе редактирования, рекомбинационные системы обычно не нужны в эукариотических системах редактирования. После начального роста клетки при 30°C разрезание и редактирование клеточного генома индуцируется путем увеличения температуры до 42°C во второй 96-луночной пластине 210 в течение, например, от 0,5 до приблизительно 2 час (в зависимости от типа клеток), чтобы активизировать pL-индуцибeльные промоторы, которые управляют транскрипцией нуклеазы и гРНК. После индуцирования разрезания и редактирования (например, в течение приблизительно 2 час) температура возвращается к 30°C, чтобы дать клеткам возможность восстановиться. [0090] After the
[0091] В дополнение к этому, на стадии 211 клетки из первой 96-луночной пластины 208 реплицируются в третью 96-луночную пластину 214 в среду, которая не содержит селективного компонента, который индуцирует механизм гомологичного ремонта (в данном случае арабинозы, так что рекомбинационная система λ Red не активируется). Однако третья 96-луночная пластина 214 - за исключением того, что она не содержит арабинозы в среде для выращивания - подвергается тем же самым условиям, что и вторая 96-луночная пластина; то есть, начальному росту клеток при 30°C, увеличению температуры до 42°C в течение, например, 2 час, чтобы активизировать pL-индуцибeльный промотор, управляющий экспрессией нуклеазы и гРНК, а затем уменьшению температуры до 30°C, чтобы дать клеткам возможность восстановиться. В качестве альтернативы 96-луночным пластинам 210 и 214 показаны две агаровых пластины 212 и 216, на которую помещаются клетки с пластины 206. Пластина 212 соответствует второй 96-луночной пластине 210, содержащей среду для выращивания с арабинозой, а пластина 216 соответствует третьей 96-луночной пластине 214, содержащей среду для выращивания без арабинозы. Следует отметить, что в качестве альтернативы выполнению способа, изображенного на Фиг. 2B, с +/- арабинозой, можно выполнять способ с +/- температурной индукцией разрезания. Например, в эксперименте с +/- температурной индукцией пластина 210 будет неиндуцируемой пластиной для культивирования (без повышения температуры), а пластина 214 будет температурно индуцируемой. Применяется та же самая общая интерпретация; однако активность разрезания изолируется, чтобы избежать необходимости деконволюции вырезания от вклеивания. [0091] In addition, at
[0092] Глядя на вторую и третью 96-луночные пластины (210 и 214, соответственно) и на пластины 212 и 216, можно увидеть колонии клеток. На второй 96-луночной пластине 210 имеется два типа колоний: 226 (белые лунки) и 228 (заштрихованные лунки). На третьей 96-луночной пластине 214 имеется два типа колоний: 220 (черные лунки) и 226 (белые лунки). Репликация посева клеток из первой 96-луночной пластины во вторую и третью 96-луночные пластины с отличающимися средами обеспечивает функциональную деконволюцию получаемых популяций клеток. В третьей 96-луночной пластине 214 клетки культивировались в среде без арабинозы. Без арабинозы рекомбинационная система λ Red является неактивной, и клетки, которые имеют активную экспрессию гРНК и нуклеазы (индуцируемую увеличением температуры культивируемых клеток до 42°C) являются нежизнеспособными благодаря разрезанию двойной спирали активной гРНК и нуклеазой без ремонта рекомбинационной системой λ Red. Эти клеточные колонии 222 показаны белыми лунками. Клеточные колонии 220, показанные черными лунками, представляют клетки, имеющие неактивные гРНК, так что геномы клеток в этих колониях не режутся комплексом нуклеазы и гРНК. Неактивные гРНК образуются с частотой приблизительно 2-15% в типичном эксперименте по редактированию клетки, и обычно являются результатом ошибок в части направляющей последовательности (гомологичной части) гРНК. [0092] Looking at the second and third 96-well plates (210 and 214, respectively) and
[0093] Во второй 96-луночной пластине 210 клетки культивировались в среде с арабинозой, активируя тем самым рекомбинационную систему λ Red. Клетки, имеющие активную экспрессию гРНК и нуклеазы (индуцируемую увеличением температуры культивируемых клеток до 42°C), режутся, редактируются, и рекомбинационная система λ Red ремонтирует разрывы двойной цепочки ДНК, и таким образом эти клетки являются жизнеспособными. Однако также жизнеспособными являются клетки с неактивными гРНК (или, менее часто, с неактивными нуклеазами). Все жизнеспособные колонии в пластине 210 показаны заштрихованными лунками 228. Наконец, клетки, которые имеют активные гРНК, но не редактируются подходящим образом (благодаря, например, неактивной рекомбинационной системе) обозначены белыми лунками 226. Сравнивая вторую 96-луночную пластину с третьей 96-луночной пластиной, можно определить функцию системы на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы в каждой колонии. Например, если колонии клеток растут без арабинозы (пластина 214, черные лунки 220) и с арабинозой (пластина 210, заштрихованные лунки 228), у этих клеток не должно быть активной гРНК. Если бы у этих клеток была бы активная гРНК, они не были бы жизнеспособными в среде без арабинозы (например, без активной рекомбинационной системы λ Red). Если колонии клеток не растут в среде без арабинозы (пластина 214, белые лунки 226) и растут при добавлении арабинозы к культуральной среде (пластина 210, заштрихованные лунки 228), клетки в этих лунках содержат активную систему на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы - с активными компонентами гРНК и нуклеазы - и с большой вероятностью будут должным образом отредактированы. Наконец, если колонии клеток не растут ни без арабинозы (пластина 214, белые лунки 226), ни с арабинозой (пластина 210, белые лунки 226), гРНК является активной, но клетки по некоторым причинам не могут ремонтировать разрезы. Таким образом, способ, изображенный на Фиг. 2B, позволяет идентифицировать отредактированные колонии клеток посредством функциональной деконволюции различных компонентов редактирующего «механизма» в одном эксперименте. [0093] In a second 96-
[0094] В пластинах 212 и 216 фенотипичное считывание является тем же самым, что и в 96-луночных пластинах 210 и 214. Как и 96-луночная пластина 210, среда в чашке 212 для культивирования содержит арабинозу, и, как и 96-луночная пластина 214, среда в чашке 216 для культивирования не содержит арабинозу. Таким образом, в чашке 216 для культивирования клетки с неактивными гРНК растут, поскольку нет изменений (двухцепочечных разрывов), которые надо было бы ремонтировать. Однако в клетках с активной гРНК редактирование имеет место, но нет никакого активного механизма для ремонта изменений, и клетки являются нежизнеспособными и не формируют колонии. В чашке 212 для культивирования, которая содержит арабинозу, клетки, имеющие неактивные гРНК, образуют колонии, также как и клетки, которые имеют активные гРНК, но должным образом редактируются. Клетки, которые не являются жизнеспособными по любой причине, не формируют колонии. Как и в случае с 96-луночными пластинами 210 и 214, сравнение чашек для культивирования 212 и 214 позволяет осуществлять деконволюцию различных компонентов механизма редактирования. Если клетки растут на обеих чашках для культивирования 212 и 214, гРНК скорее всего является неактивной. Если клетки растут на чашке 212 для культивирования, но не на чашке 214 для культивирования, гРНК скорее всего активна, и надлежащее редактирование имело место. Если клетки не растут ни на чашке 212 для культивирования, ни на чашке 214, в клетках, вероятно, имеется активная гРНК, но изменения не ремонтируются должным образом. [0094] In
[0095] Таким образом, способ 201, изображенный на Фиг. 2B, позволяет идентифицировать клетки с нефункциональными гРНК, которые из-за отсутствия разрывов двухцепочечной ДНК имеют преимущество в росте. Что наиболее важно, способ 201, изображенный на Фиг. 2B, позволяет идентифицировать клетки, которые были должным образом отредактированы. Аликвоту колоний 228 из второй 96-луночной пластины 210 или из агаровой пластины 212 - колоний, для которых подтверждено, что они имеют активную гРНК - можно отбирать и секвенировать для подтверждения редактирования. 96-луночная пластина 210 или агаровая пластина 212 может быть сохранена, так что, когда надлежащее редактирование будет подтверждено, например, с помощью секвенирования, можно будет вернуться к пластине 210 или 212 и извлечь отредактированные должным образом клетки. Пластины 210 и 212 могут упоминаться, например, как «клеточные гостиницы» или «клеточные хранилища». Следует отметить, что способ 201, изображенный на Фиг. 2B, сначала по существу или в значительной степени сингулирует клетки путем посева их на селективную среду в подходящем разбавлении, чтобы одиночные клетки формировали одиночные колонии. Опять же, сингуляция или существенная сингуляция преодолевает рост смещения, характерный для неотредактированных клеток. Этот способ затем позволяет осуществить функциональную деконволюцию различных колоний путем посева реплик колоний в микротитровальные пластины с 96 лунками с различными средами в различных секциях, чтобы обеспечить положительную идентификацию отредактированных колоний. Конкретный протокол для этого примерного способа описывается ниже в Примере 6.[0095] Thus, the
[0096] Фиг. 2C изображает второй примерный вариант осуществления улучшенного протокола 240 для выполнения редактирования генома на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, использующего индуцибeльный промотор для управления экспрессией гРНК, а также предпочтительно и нуклеазы. На Фиг. 2C, как и на Фиг. 2B, библиотека или коллекция редактирующих векторов 202 вводится 203 (например, электропорируется) в культивируемые клетки 204, которые содержат кодирующую последовательность для нуклеазы под управлением конститутивного или индуцибeльного промотора; наиболее жесткая регуляция системы на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы достигается при использовании индуцибeльного промотора для управления экспрессией нуклеазы, и поэтому является предпочтительной. Так же, как и на Фиг. 2B, в некоторых вариантах осуществления кодирующая последовательность для нуклеазы содержится на «плазмиде-двигателе» (чаще всего вместе, например, с селектируемым маркером), которая уже была трансформирована в клетки, хотя в других вариантах осуществления кодирующая последовательность для нуклеазы может быть интегрирована в геном клеток. В других вариантах осуществления кодирующая последовательность для нуклеазы может быть расположена на редактирующем векторе (то есть объединенном векторе-двигателе и редактирующем векторе). Редактирующие векторы 202 содержат редактирующую последовательность с желаемым редактированием по отношению к эндогенной последовательности нуклеиновой кислоты в клетке вместе с изменяющей PAM последовательностью (чаще всего последовательностью, которая отключает PAM на целевом участке в геноме), кодирующую последовательность для гРНК, предпочтительно под управлением индуцибeльного промотора, и селектируемый маркер. [0096] FIG. 2C depicts a second exemplary embodiment of an improved protocol 240 for performing nucleic acid-directed nuclease-based genome editing using an inducible promoter to drive expression of gRNA, and preferably also nuclease. On FIG. 2C, as in FIG. 2B, a library or collection of
[0097] После того, как клетки 204 будут трансформированы редактирующими векторами, клетки высеваются 235 на селективную среду на субстрате или пластине 236 для выбора клеток, которые имеют как вектор-двигатель, так и редактирующий вектор. Клетки разбавляются перед посевом таким образом, чтобы они были по существу или в значительной степени сингулированы - разделяются достаточно для того, чтобы они и колонии, которые они формируют, были отделены от других колоний клеток - и эти клетки затем выращиваются 237 на пластине или субстрате 236 до тех пор, пока не начнут формироваться колонии 238. Клеткам дают возможность расти, например, при 30°C, например, до 2-150, или до 5-120, или до 10-100 удвоений, образуя клональные колонии. Этот начальный рост клеток должен накопить достаточно клональных клеток в колонии для того, чтобы пережить индукцию редактирования. После того, как колонии сформируются, резка и редактирование клеточного генома индуцируются путем индуцирования или активации промоторов, управляющих одной или обеими из гРНК и нуклеазы, и рекомбинационной системы λ Red (если она есть). Если рекомбинационная система λ Red присутствует и находится под управлением индуцибeльного промотора, предпочтительно этот индуцибeльный промотор отличается от индуцибeльного промотора, управляющего транскрипцией гРНК и нуклеазы, и активируется (индуцируется) перед индуцированием гРНК и нуклеазы. Рекомбинационная система λ Red работает как «пластырь» или система восстановления для двухцепочечных разрывов в бактериях, и в некоторых разновидностях бактерий должна присутствовать для устранения двухцепочечных разрывов, которые происходят во время редактирования. Рекомбинационная система λ Red может находиться под управлением, например, промотора pBAD. Промотор pBAD, как и промотор pL, является индуцибeльным промотором; однако промотор pBAD регулируется (индуцируется) добавлением арабинозы к среде для выращивания. Таким образом, если арабиноза содержится в селективной среде субстрата или пластины 236, то рекомбинационная система λ Red будет активирована, когда клетки выращиваются 237. Что касается индуцирования редактирования 239, если транскрипция гРНК и нуклеазы управляется промотором pL, транскрипция гРНК и нуклеазы индуцируется путем увеличения температуры до 42°C на, например, 0,5-2 час (или больше, в зависимости от типа клеток), что активирует pL-индуцибeльный промотор. После индуцирования резки и редактирования и двухчасовой инкубации при 42°C температура возвращается к 30°C для того, чтобы дать клеткам возможность восстановиться и отключить систему промотора pL. [0097] After the
[0098] После того, как клетки восстановятся и вырастут при 30°C, они выращиваются на субстрате или пластине 236 в колонии предельного размера 244; то есть колонии, возникающие из существенно или в значительной степени сингулированных клеток, выращиваются в колонии до того момента, когда рост клеток достигает пика и становится нормализованным (например, насыщается) как для отредактированных, так и для неотредактированных клеток. Столь было описано выше, нормализация происходит, когда питательные вещества в среде вокруг растущей колонии клеток исчерпываются, и/или растущие клетки заполняют микролунки или иным образом ограничиваются; то есть, клетки находятся в стадии старения. Колонии предельного размера затем объединяются 241 путем, например, соскребания колоний с субстрата или пластин (или, например, путем смыва клональных колоний клеток из микролунок в устройстве со сплошной стенкой) для того, чтобы объединить 280 клетки из нормализованных колоний клеток. Следует отметить, что способ 240, проиллюстрированный на Фиг. 2C, использует сингуляцию или существенную сингуляцию, начальный рост, индукцию, нормализацию и объединение получаемых колоний клеток. Опять же, поскольку сингуляция или существенная сингуляция преодолевают сдвиг роста в пользу неотредактированных клеток или клеток, демонстрирующих эффекты приспособляемости в результате сделанных изменений, комбинация сингуляции или существенной сингуляции, начального роста, индукции редактирования и нормализации обогащает общую численность популяции клеток теми клетками, которые были отредактированы. Следует отметить, однако, что в отличие от способов 201, 250, изображенных на Фиг. 2B и Фиг. 2D соответственно, способ 240, изображенный на Фиг. 2C, не содержит шагов для деконволюции редактирующего механизма. [0098] After the cells recover and grow at 30°C, they are grown on the substrate or
[0099] Фиг. 2D изображает третий примерный вариант осуществления улучшенного протокола 250 для выполнения редактирования генома на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, использующего индуцибeльный промотор для управления экспрессией гРНК, а в некоторых вариантах осуществления и предпочтительно, также и нуклеазы. Фиг. 2D изображает протокол 250 для основанного на активности устранения ошибок и повторного размещения. На Фиг. 2D, как и на Фиг. 2B и 2C, библиотека или коллекция редактирующих векторов 202 вводится 203 (например, электропорируется) в культивируемые клетки 204, которые содержат кодирующую последовательность для нуклеазы под управлением конститутивного или индуцибeльного промотора (предпочтительно индуцибeльного), содержащуюся на «плазмиде-двигателе» (например, вместе с селектируемым маркером), которая уже была трансформирована в клетки или интегрирована в геном клеток. Альтернативно кодирующая последовательность для нуклеазы может быть расположена на редактирующем векторе. Редактирующие векторы 202 содержат редактирующую последовательность, изменяющую PAM последовательность (чаще всего последовательность, которая отключает PAM на целевом участке в геноме), кодирующую последовательность для гРНК предпочтительно под управлением индуцибeльного промотора и селектируемый маркер. [0099] FIG. 2D depicts a third exemplary embodiment of an
[0100] После того, как клетки будут трансформированы редактирующими векторами, клетки разбавляются и высеваются 205 на селективную среду 206 для выбора клеток, которые имеют как вектор-двигатель, так и редактирующий вектор (например, среду с хлорамфениколом и карбенициллином), и выращиваются до образования колоний 221, снова в процессе, который по существу или в значительной степени сингулирует клетки. Клетки затем отбираются 207 из колоний 221 и выращиваются в течение ночи, например, в первой 96-луночной пластине 208 в среде, которая не содержит селективной среды. На следующей стадии клетки из первой 96-луночной пластины реплицируются 211 во вторую 96-луночную пластину 214 в среду без арабинозы, что приводит к лункам с колониями (черные лунки 220) и лункам без колоний клеток (белые лунки 222). Этот процесс идентифицирует клетки с активными гРНК, поскольку клетки с активными гРНК не будут выживать, потому что без арабинозы рекомбинационная система λ Red является неактивной и не может ремонтировать разрезы в геноме, сделанные с помощью гРНК. Таким образом, лунки 222 с большой вероятностью являются лунками с активными гРНК. Колонии, которые вырастают на этой второй 96-луночной пластине 214, с большой вероятностью имеют неактивные гРНК, и таким образом нет никаких разрезов, чтобы их надо было ремонтировать, и клетки остаются жизнеспособными (показаны черными лунками 220). [0100] After cells have been transformed with editing vectors, cells are diluted and plated 205 on
[0101] После того, как клетки с активными гРНК идентифицируются (лунки 222), эти клетки затем отбираются 213 из первой 96-луночной пластины и помещаются в третью 96-луночную пластину 252 для сохранения в качестве хранилища клеток или клеточной гостиницы. Все колонии в третьей 96-луночной пластине 252 являются клетками, которые были идентифицированы как с большой вероятностью имеющие активные гРНК 222. С помощью этого клеточного хранилища 252 аликвоты этих отобранных клеток (например, клеток с активными гРНК) могут быть затем помещены 255 в четвертую 96-луночную пластину 254 в среду с арабинозой. После периода начального роста клетки в этой четвертой 96-луночной пластине 254 подвергаются условиям резки и редактирования, например путем увеличения температуры до 42°C на два часа для того, чтобы индуцировать pL-индуцибeльный промотор, управляющий экспрессией нуклеазы и гРНК. После процессов резки и редактирования колонии, содержащие должным образом отредактированные клетки, могут быть идентифицированы путем мониторинга роста колоний и выбора медленно растущих колоний или путем таргетированного или полного секвенирования генома клеток, взятых с пластины 254. После идентификации клеток с желаемыми изменениями они могут быть извлечены из 96-луночной пластины 252 (например, хранилища клеток или клеточной гостиницы). Альтернативно колонии клеток с предположительно активными гРНК на пластине 252 могут быть объединены 253 в смешанную клеточную культуру 256 и либо проанализированы, либо подвергнуты дополнительному циклу редактирования.[0101] After cells with active gRNAs are identified (wells 222), these cells are then selected 213 from the first 96-well plate and placed in the third 96-
[0102] Фиг. 2E изображает еще один примерный вариант осуществления улучшенного протокола 270 для выполнения редактирования генома на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы с использованием индуцибeльного промотора для управления экспрессией гРНК и/или нуклеазы. Протокол 270 на Фиг. 2D не содержит функциональной деконволюции механизма редактирования клеток, но изображает протокол для высокоэффективного скрининга с использованием морфологии колонии для идентификации отредактированных клеток. Опять же в отредактированных клетках жизнеспособность клетки снижается в период после индуцирования редактирования. Настоящий способ использует задержку роста колоний отредактированных клеток для идентификации отредактированных клеток. В некоторых вариантах осуществления размер колонии отредактированных клеток на 20% меньше, чем у колоний неотредактированных клеток. В некоторых аспектах размер колонии отредактированных клеток на 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90% меньше, чем у колоний неотредактированных клеток. Во многих вариантах осуществления размер колонии отредактированных клеток на 30-80% меньше, чем у колоний неотредактированных клеток, и в некоторых вариантах осуществления размер колонии отредактированных клеток на 40-70% меньше, чем у колоний неотредактированных клеток.[0102] FIG. 2E depicts another exemplary embodiment of an
[0103] На Фиг. 2E, как и на Фиг. 2B-2D, библиотека или коллекция редактирующих векторов 202 вводится 203 (например, электропорируется) в культивируемые клетки 204, которые содержат кодирующую последовательность для нуклеазы под управлением конститутивного или индуцибeльного промотора (предпочтительно индуцибeльного), содержащуюся 1) на «плазмиде-двигателе» (чаще всего вместе с селектируемым маркером), которая уже была трансформирована в клетки; 2) интегрированную в геном трансформируемых клеток; или 3) кодирующая последовательность для нуклеазы может быть расположена на редактирующем векторе. Редактирующие векторы 202 содержат редактирующую последовательность и опционально включают в себя изменяющую PAM последовательность (например последовательность, которая отключает PAM на целевом участке в геноме), кодирующую последовательность для гРНК под управлением предпочтительно индуцибeльного промотора и селектируемый маркер. Во многих вариантах осуществления индуцибeльный промотор включается в скелет редактирующего вектора, и редактирующая кассета вставляется в положение 3' индуцибeльного промотора, где редактирующая кассета содержит, от 5' до 3': кодирующую последовательность для гРНК и донорную ДНК, содержащую желаемое изменение для целевой последовательности, а также и изменяющую PAM последовательность (например, кассету CREATE). Следует отметить, что транскрипция одной или обеих из гРНК и нуклеазы должна находиться под управлением индуцибeльного промотора. Предпочтительно, однако, чтобы транскрипция как гРНК, так и нуклеазы находилась под управлением индуцибeльного промотора.[0103] In FIG. 2E, as in FIG. 2B-2D, a library or collection of
[0104] На стадии 271 трансформированные клетки разбавляются и высеваются (например, по существу или в значительной степени сингулируются) на селективную среду 272, которая выбирает как вектор-двигатель, так и редактирующий вектор (например, среду, содержащую хлорамфеникол и карбенициллин), и дополнительно содержит арабинозу для активации рекомбинационной системы λ Red. После посева клетки выращиваются 273 при 30°C в течение 6-8 час так, чтобы сформировались колонии, затем температура увеличивается до 42°C, например, на 0,5-2 час для индуцирования экспрессии нуклеазы и гРНК для резки и редактирования. После истечения достаточного количества времени для редактирования температура возвращается к 30°C, так что клетки растут, чтобы восстановить колонии на пластине 272. После появления колоний наблюдаются большие 278 и малые 276 колонии. Колонии 276 малого размера указывают на активную гРНК и с большой вероятностью были отредактированы, поскольку двухцепочечные разрезы, вызванные активным редактированием, в значительной степени токсичны для клеток, что приводит как к гибели клеток в отредактированных колониях, так и к задержке в росте для отредактированных клеток, которые выживают, но должны ремонтироваться и восстанавливаться после редактирования. Малые колонии (отредактированные клетки) отбираются 277 и выстраиваются на 96-луночной пластине 282. Клетки в 96-луночной пластине 282 могут культивироваться, и аликвоты из этой 96-луночной пластины 282 могут быть секвенированы для идентификации колоний с желаемыми изменениями. Эта 96-луночная пластина может быть сохранена в качестве клеточной гостиницы или хранилища клеток, и как только клетки, которые были должным образом отредактированы, идентифицированы, можно извлечь клетки с желаемым изменением из 96-луночной пластины 282 клеточной гостиницы.[0104] In
[0105] Альтернативно малые колонии 276 могут быть выбраны и объединены 275 для дополнительных циклов редактирования, поскольку отредактированные клетки были выбраны в первом цикле редактирования и с большой вероятностью содержат изменения от первого цикла. Опять же, следует отметить, что этот способ не обеспечивает функциональную деконволюцию редактирующего механизма; однако способ, изображенный на Фиг. 2E, использует сингуляцию или существенную сингуляцию и отбор, и таким образом позволяет способу высокопроизводительной диагностики идентифицировать на основе морфологии размера колонии те клетки, которые имеют высокую вероятность быть отредактированными, и после идентификации популяция отредактированных клеток может быть обогащена. Отсеивание значительной доли клеток с нефункциональными гРНК обеспечивает более легкую идентификацию отредактированных клеток. Было определено, что устранение смещения скорости роста посредством сингуляции или существенной сингуляции улучшает наблюдаемую эффективность редактирования вплоть до 2x, 3x, 4x раз или больше по сравнению с обычными способами, и, кроме того, отбор колоний с использованием описанных в настоящем документе способов в 1,5x, 1,75x, 2,0x, 2,5x раз или больше увеличивает наблюдаемую эффективность редактирования сингуляции. Таким образом, комбинация существенной сингуляции и отбора улучшает наблюдаемую эффективность редактирования в 8x раз по сравнению с обычными способами. Пример 9 ниже описывает материалы и способы для этого варианта осуществления.[0105] Alternatively,
[0106] В то время как способ скрининга отредактированных клеток с использованием роста клеток в качестве признака редактирования был описан в настоящем документе в контексте измерения размера колоний клеток на агаровой пластине, вместо этого может измеряться оптическая плотность (OD) растущих колоний клеток, например, на микротитровальной пластине или в серии пробирок. Кроме того, другие параметры роста клеток могут быть измерены в дополнение или вместо размера колонии клеток или OD. Например, спектроскопия с использованием видимого, УФ или ближнего инфракрасного (NIR) света позволяет отслеживать концентрацию питательных веществ и/или отходов в клеточной культуре. Кроме того, спектральные измерения могут использоваться для одновременного количественного определения нескольких химических веществ. Несимметричные химические соединения могут быть определены количественно путем идентификации характерных особенностей поглощения в ближнем инфракрасном диапазоне. И наоборот, симметричные химические соединения могут быть легко определены количественно с использованием рамановской спектроскопии. Многие критические метаболиты, такие как глюкоза, глутамин, аммиак и лактат, имеют явные спектральные особенности ИК-диапазоне, так что их можно легко определить количественно. Количество и частоты света, поглощаемого образцом, могут быть скоррелированы с типом и концентрацией химических веществ, присутствующих в образце. Каждый из этих типов измерения обеспечивает конкретные преимущества. FT-NIR обеспечивает наибольшую глубину проникновения света и поэтому может использоваться для более толстого образца, что обеспечивает более высокую степень светорассеяния. FT в среднем ИК-диапазоне (MIR) предоставляет информацию, которая является легче различимой, так как она является специфической для некоторых аналитов, поскольку эти длины волн ближе к фундаментальным значениям поглощения в ИК-диапазоне. Рамановское FT является выгодным, когда необходимо минимизировать помехи из-за воды. Другие спектральные свойства могут быть измерены посредством, например, спектроскопии диэлектрического импеданса, видимой флуоресценции, поляризации флуоресценции или люминесценции. Кроме того, датчики для измерения, например, растворенного кислорода, диоксида углерода, значения pH и/или удельной электропроводности могут использоваться для оценки скорости роста клеток.[0106] While a method for screening edited cells using cell growth as a feature of editing has been described herein in the context of measuring the size of cell colonies on an agar plate, the optical density (OD) of growing cell colonies can be measured instead, for example, on microtiter plate or in a series of tubes. In addition, other cell growth parameters may be measured in addition to or instead of cell colony size or OD. For example, spectroscopy using visible, UV, or near infrared (NIR) light can monitor the concentration of nutrients and/or waste products in a cell culture. In addition, spectral measurements can be used to quantify multiple chemicals simultaneously. Unsymmetrical chemical compounds can be quantified by identifying characteristic absorption features in the near infrared range. Conversely, symmetrical chemical compounds can easily be quantified using Raman spectroscopy. Many critical metabolites, such as glucose, glutamine, ammonia, and lactate, have distinct IR spectral features so that they can be easily quantified. The amount and frequency of light absorbed by a sample can be correlated with the type and concentration of chemicals present in the sample. Each of these measurement types provides specific benefits. FT-NIR provides the greatest depth of light penetration and therefore can be used on a thicker sample resulting in a higher degree of light scattering. Mid-IR (MIR) FT provides information that is easier to discern as it is specific to some analytes because these wavelengths are closer to fundamental IR absorbance values. Raman FT is beneficial when water interference is to be minimized. Other spectral properties can be measured by, for example, dielectric impedance spectroscopy, visible fluorescence, fluorescence polarization, or luminescence. In addition, sensors for measuring, for example, dissolved oxygen, carbon dioxide, pH value and/or electrical conductivity can be used to evaluate cell growth rate.
[0107] Фиг. 2F изображает дополнительные подробности примерного варианта осуществления, показанного на Фиг. 2E, используя конкретный пример, основанный на выполненных экспериментах (см. Пример 1 ниже). Фиг. 2F показывает высокопроизводительный скрининг 290 с использованием морфологии колоний для идентификации или отбора отредактированных клеток. Как было описано выше, в отредактированных клетках жизнеспособность клеток снижается в период после индуцирования редактирования. Настоящий способ использует задержку роста колоний отредактированных клеток для идентификации отредактированных клеток. На Фиг. 2F трансформированные клетки разбавляются и высеваются на среду, содержащую арабинозу 274, и выращиваются в течение некоторого времени, например, при 30°C. Редактирование инициируется, например, путем повышения температуры до 42°C на некоторый период времени, затем температура понижается до 30°C (например, трансформированные клетки по существу или в значительной степени сингулируются). Колониям дают возможность расти, и появляются малые 276 и большие 278 колонии. Колонии с этой пластины отбираются 291 и выстраиваются на второй пластине 292, содержащей селективную среду, например среду для выбора успешного редактирования galK, приводящего к белым (в отличие от красных) колониям при высевании на агар-агаре Макконки, содержащем галактозу в качестве единственного источника углерода. Следует отметить, что отбор малых колоний 293 из первой пластины приводит главным образом к отредактированным клеткам 296 (белые колонии, показанные здесь как белые кружки), и с намного более низкой частотой к некоторым клеткам, в которых гРНК неактивна 294 (красные колонии, показанные здесь как черные кружки). Подтверждение колоний, в которых гРНК является неактивной, показано отбором 295 больших колоний 278 из первой пластины и их посевом на вторую пластину (колонии 298), где эти клетки приводят к красным колониям при выращивании на агар-агаре Макконки, содержащем галактозу в качестве единственного источника углерода, подтверждая таким образом неактивную гРНК или другую часть механизма редактирования. Таким образом, использование морфологии малых и больших колоний в качестве признака отредактированных и неотредактированных клеток, соответственно, обеспечивает высокопроизводительный и простой способ скрининга для отредактированных клеток. Следует отметить, что способы, изображенные на Фиг. 2E и 2F, используют как сингуляцию или существенную сингуляцию, так и стратегии отбора.[0107] FIG. 2F depicts additional details of the exemplary embodiment shown in FIG. 2E using a specific example based on the experiments performed (see Example 1 below). Fig. 2F shows
[0108] Примерные рабочие процессы, описанные в настоящем документе, используют концепцию сингуляции. Сингуляция преодолевает сдвиг роста в пользу неотредактированных клеток, обеспечивая таким образом отредактированным клеткам равное положение с неотредактированными клетками. Кроме того, эти способы используют преимущества жестко регулируемой индуцибeльной системы для отделения отредактированных клеток от неотредактированных клеток (как клеток обоих типов, в которых гРНК нефункциональна, так и клеток, в которых гРНК функциональны, но некоторый компонент системы на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы не функционален). Скрининг может быть выполнен с использованием пластин-реплик и идентификации «беглецов» или клеток, в которых гРНК нефункциональна, скрининг может быть выполнен с использованием преимуществ задержки роста отредактированных клеток по сравнению с неотредактированными клетками, или обогащение может быть выполнено путем использования комбинации сингуляции или существенной сингуляции, начального роста, индукции редактирования и нормализации. Результат этих способов состоит в том, что даже в системах на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, где редактирование не является оптимальным (например, в системах, где мишенью являются неканонические PAM), происходит увеличение наблюдаемой эффективности редактирования; то есть отредактированные клетки могут быть идентифицированы даже на большом фоне неотредактированных клеток.[0108] The exemplary workflows described herein use the concept of singulation. Singulation overcomes the growth shift in favor of the unedited cells, thus placing the edited cells on an equal footing with the unedited cells. In addition, these methods take advantage of a highly regulated inducible system to separate edited cells from non-edited cells (both cell types in which the gRNA is non-functional, and cells in which the gRNA is functional but some component of the nucleic acid-directed nuclease system is non-functional). ). Screening can be done using replica plates and identifying runaways or cells in which the gRNA is non-functional, screening can be done using the growth inhibition benefits of edited cells versus unedited cells, or enrichment can be done by using a combination of singulation or essential singulation, initial growth, editing induction and normalization. The result of these methods is that even in nucleic acid-directed nuclease-based systems where editing is not optimal (eg, in systems where non-canonical PAMs are targeted), there is an increase in observed editing efficiency; that is, edited cells can be identified even against a large background of unedited cells.
[0109] Следует отметить, что способы, изображенные на Фиг. 2B - 2F, показывают сингуляцию колонии клеток, начальный рост и индукцию редактирования на твердой среде в чашках для культивирования или в 96-луночных пластинах. Специалисту в данной области техники с учетом приведенного здесь обсуждения должно быть понятно, что сингуляция, начальный рост и индукция редактирования могут быть выполнены в других форматах, например в устройствах со сплошными стенками, описанных со ссылками на Фиг. 3A-3F и 4A-4CC, или как описано в патентном документе US № 62/735365, озаглавленном как «Обнаружение отредактированных нуклеазами последовательностей в автоматизированных модулях и системах», поданном 24 сентября 2018 г., и в патентном документе US № 62/781112, озаглавленном как «Улучшенное обнаружение отредактированных нуклеазами последовательностей в автоматизированных модулях и системах», поданном 18 декабря 2018 г., которые включают в себя описания сингуляции или существенной сингуляции путем изолирования клеток на функционализированных островах, сингуляции или существенной сингуляции внутри водных капелек, переносимых в гидрофобной жидкости-носителе, или гелевых шариков в эмульсии (GEM, см., например, 10X Genomics, Плезентон, Калифорния), или сингуляции или существенной сингуляции внутри полимеризованного альгинатного каркаса (для этого варианта осуществления сингуляции см. также патентный документ US № 62/769805, озаглавленный как «Улучшенное обнаружение отредактированных нуклеазой последовательностей в автоматизированных модулях и инструментах посредством массовой клеточной культуры», поданный 20 ноября 2018 г.). [0109] It should be noted that the methods depicted in FIG. 2B-2F show cell colony singulation, initial growth, and induction of editing on solid media in culture dishes or 96-well plates. One skilled in the art, given the discussion herein, will appreciate that singulation, initial growth, and edit induction can be performed in other formats, such as in the solid wall devices described with reference to FIGS. 3A-3F and 4A-4CC or as described in US Patent Document No. 62/735365 entitled "Detection of Nuclease-Edited Sequences in Automated Modules and Systems" filed September 24, 2018 and US Patent Document No. 62/781112 , entitled "Improved Detection of Nuclease-Edited Sequences in Automated Modules and Systems", filed December 18, 2018, which includes descriptions of singulation or significant singulation by isolating cells on functionalized islands, singulation or significant singulation inside water droplets carried in a hydrophobic carrier liquid, or gel beads in emulsion (GEM, see e.g. 10X Genomics, Pleasanton, CA), or singulation or substantial singulation within a polymerized alginate scaffold (for this singulation embodiment, see also US Patent Document No. 62/769805 , titled "Improved Detection of Edited Nucleases sequencing in automated modules and tools through mass cell culture”, filed November 20, 2018).
Примерные модули для редактирования, обогащения и отбора отредактированных клетокExemplary Modules for Editing, Enriching, and Selecting Edited Cells
[0110] Инструменты, способы, и модули, описанные в настоящем документе, обеспечивают улучшенную наблюдаемую эффективность редактирования направляемых нуклеиновой кислотой способов редактирования нуклеазы как результат сингуляции или существенной сингуляции, начального роста клетки, индукции редактирования и нормализации. Комбинация процессов сингуляции или существенной сингуляции, начального роста, индукции редактирования и нормализации преодолевает сдвиг роста в пользу неотредактированных клеток, а также эффектов пригодности редактирования (включая разные скорости редактирования), обеспечивая таким образом всем клеткам равные возможности. Результат описанных в настоящем документе инструментов, модулей и способов состоит в том, что даже в системах на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, где редактирование не является оптимальным (например, в системах, где мишенью являются неканонические PAM), происходит увеличение наблюдаемой эффективности редактирования; то есть отредактированные клетки могут быть идентифицированы даже на большом фоне неотредактированных клеток. Наблюдаемая эффективность редактирования может быть улучшена до 80% или больше.[0110] The tools, methods, and modules described herein provide improved observed editing efficiency of nucleic acid-directed nuclease editing methods as a result of singulation or substantial singulation, initial cell growth, editing induction, and normalization. The combination of singulation or substantial singulation processes, initial growth, editing induction and normalization overcomes the growth bias in favor of unedited cells, as well as editing suitability effects (including different editing speeds), thus providing equal opportunities for all cells. The result of the tools, modules, and methods described herein is that even in nucleic acid-directed nuclease-based systems where editing is not optimal (eg, in systems where non-canonical PAMs are targeted), there is an increase in observed editing efficiency; that is, edited cells can be identified even against a large background of unedited cells. The observed editing efficiency can be improved up to 80% or more.
[0111] Фиг. 3A изображает устройство 350 со сплошной стенкой и рабочий процесс для сингуляции клеток в микролунках в устройстве со сплошной стенкой, где в этом рабочем процессе одна или обе - предпочтительно обе - из гРНК и нуклеазы находятся под управлением индуцибeльного промотора. На Фиг. (i) изображено устройство 350 со сплошной стенкой с микролунками 352. Секция 354 субстрата 350 показана на Фиг. (ii), также показаны микролунки 352. На Фиг. (iii) показано поперечное сечение устройства 350 со сплошной стенкой, где микролунки 352 загружены, причем в этом варианте осуществления имеет место пуассоновская или по существу пуассоновская загрузка; то есть каждая микролунка имеет одну или ни одной клетки, и вероятность того, что в любой одной микролунке имеется более одной клетки, мала. На Фиг. (iv) показан рабочий процесс 340, где субстрат 350, имеющий микролунки 352, показывает микролунки 356 с одной клеткой на микролунку, микролунки 357 без клеток в микролунках, и одну микролунку 360 с двумя клетками в микролунке. На стадии 351 клеткам в микролунках позволяют удвоиться приблизительно 2-150 раз, чтобы сформировать клональные колонии (v), затем редактирование индуцируется 353 путем нагрева субстрата (например, для термоиндуцируемого редактирования), или протекания химикатов под или над субстратом (например, сахаров, антибиотиков для химически индуцируемого редактирования), или путем перемещения устройства со сплошной стенкой в другую среду, в частности если устройство со сплошной стенкой размещается на мембране, которая формирует дно микролунок 352 (мембрана не показано). [0111] FIG. 3A depicts a
[0112] После индуцирования редактирования 353 многие клетки в колониях клеток, которые были отредактированы, умирают в результате двухцепочечных разрезов, вызванных активным редактированием, и происходит задержка роста отредактированных клеток, которые выживают, но должны ремонтироваться и восстанавливаться после редактирования (микролунки 358), тогда как клетки, не подвергшиеся редактированию, процветают (микролунки 359) (vi). Всем клеткам дают возможность продолжить рост для образования колоний и нормализации, при этом колонии отредактированных клеток в микролунках 358 догоняют по размеру и/или количеству клеток клетки в микролунках 359, которые не подвергаются редактированию (vii). После того, как колонии клеток нормализуются, может иметь место либо объединение 360 всех клеток в микролунках, и в этом случае клетки обогащаются отредактированными клетками за счет устранения систематической ошибки из-за нередактируемых клеток и эффектов приспособляемости от редактирования; альтернативно рост колоний в микролунках отслеживается после редактирования, и медленно растущие колонии (например, клетки в микролунках 358) идентифицируются и выбираются 361 (например, «отбираются»), что приводит к еще большему обогащению отредактированных клеток. [0112] After induction of 353 edit, many cells in colonies of cells that have been edited die as a result of double strand cuts caused by active editing, and there is a growth retardation of edited cells that survive but must be repaired and restored after editing (microwells 358), then how unedited cells thrive (microwells 359) (vi). All cells are allowed to continue to grow to form colonies and normalize, with colonies of edited cells in
[0113] При выращивании клеток используемая среда будет, конечно, зависеть от типа редактируемых клеток, например, бактериальных, дрожжевых или клеток млекопитающих. Например, среда для выращивания бактерий включает в себя LB, SOC, минимальную среду M9 и среду Magic; среда для роста дрожжевых клеток включает в себя TPD, YPG, YPAD и синтетическую минимальную среду; и среда для роста клеток млекопитающих включает в себя MEM, DMEM, IMDM, RPMI и среду Хэнкса. Для культивирования адгезивных клеток клетки могут быть размещены на шариках или другом типе каркаса, суспендированного в среде. Большинство нормальных клеток, происходящих из ткани млекопитающих, за исключением клеток, происходящих из гематопоэтической системы, зависят от закрепления и нуждаются в поддержке на поверхности или культуре клеток для нормальной пролиферации. В описанном в настоящем документе вращающемся флаконе для выращивания используется технология микроносителя. Микроносители конкретного назначения обычно имеют диаметр 100-300 мкм и плотность немного выше, чем у культуральной среды (что способствует легкому разделению клеток и среды, например, для замены среды), но плотность также должна быть достаточно низкой для того, чтобы обеспечить полное суспендирование носителей при минимальной скорости перемешивания, чтобы избежать гидродинамического повреждения клеток. Доступно множество различных типов микроносителей, и разные микроносители оптимизированы для разных типов клеток. Имеются положительно заряженные носители, такие как Cytodex 1 (на основе декстрана, GE Healthcare), DE-52 (на основе целлюлозы, Sigma-Aldrich Labware), DE-53 (на основе целлюлозы, Sigma-Aldrich Labware), HLX 11-170 (на основе полистирола); покрытые коллагеном или ECM (внеклеточным матриксом) носители, такие как Cytodex 3 (на основе декстрана, GE Healthcare) или HyQ-sphere Pro-F 102-4 (на основе полистирола, Thermo Scientific); незаряженные носители, такие как HyQspheres P 102-4 (Thermo Scientific); или макропористые носители на основе желатина (Cultisphere, Percell Biolytica) или целлюлозы (Cytopore, GE Healthcare). [0113] When growing cells, the medium used will, of course, depend on the type of cells being edited, eg, bacterial, yeast, or mammalian cells. For example, bacteria growth media includes LB, SOC, M9 minimal media, and Magic media; yeast cell growth medium includes TPD, YPG, YPAD and synthetic minimal medium; and the mammalian cell growth medium includes MEM, DMEM, IMDM, RPMI, and Hank's medium. For culturing adherent cells, the cells can be placed on beads or other type of scaffold suspended in the medium. Most normal mammalian tissue-derived cells, with the exception of those derived from the hematopoietic system, are anchorage-dependent and require support on a surface or in cell culture for normal proliferation. The rotating growth flask described herein uses microcarrier technology. Specific microcarriers are typically 100-300 µm in diameter and have a slightly higher density than the culture medium (enabling easy separation of cells and medium, e.g. for medium exchange), but the density should also be low enough to ensure complete suspension of the media. at a minimum stirring speed to avoid hydrodynamic cell damage. Many different types of microcarriers are available, and different microcarriers are optimized for different cell types. Positively charged carriers are available such as Cytodex 1 (dextran-based, GE Healthcare), DE-52 (cellulose-based, Sigma-Aldrich Labware), DE-53 (cellulose-based, Sigma-Aldrich Labware), HLX 11-170 (based on polystyrene); collagen or ECM (extracellular matrix) coated carriers such as Cytodex 3 (dextran based, GE Healthcare) or HyQ-sphere Pro-F 102-4 (polystyrene based, Thermo Scientific); uncharged carriers such as HyQspheres P 102-4 (Thermo Scientific); or macroporous carriers based on gelatin (Cultisphere, Percell Biolytica) or cellulose (Cytopore, GE Healthcare).
[0114] Фиг. 3B изображает устройство 350 со сплошной стенкой и рабочий процесс для существенной сингуляции клеток в микролунках в устройстве со сплошной стенкой, где в этом рабочем процессе (как и в рабочем процессе, изображенном на Фиг. 3A) одна или обе - предпочтительно обе - из гРНК и нуклеазы находятся под управлением индуцибeльного промотора. На Фиг. (i) изображено устройство 350 со сплошной стенкой с микролунками 352. Секция 354 субстрата 350 показана на Фиг. (ii), также показаны микролунки 352. На Фиг. (iii) показано поперечное сечение устройства 350 со сплошной стенкой, где микролунки 352 загружены, причем в этом варианте осуществления имеет место по существу пуассоновская загрузка; то есть некоторые микролунки 357 не содержат никаких клеток, а некоторые микролунки 376, 378 содержат несколько клеток. На Фиг. 3B клетки с активными гРНК показаны как черные кружочки, а клетки с неактивными гРНК показаны как белые кружочки. На Фиг. (iv) показан рабочий процесс 370, где субстрат 350, имеющий микролунки 352, показывает три микролунки 376 с несколькими клетками, все с активными гРНК, микролунку 357 без клеток и две микролунки 378 с некоторыми клетками, имеющими активные гРНК, и некоторыми клетками, имеющими неактивные гРНК. На стадии 371 клеткам в микролунках позволяют удвоиться приблизительно 2-150 раз, чтобы сформировать клональные колонии (v), затем редактирование индуцируется 373 путем нагрева субстрата (например, для термоиндуцируемого редактирования), или протекания химикатов под или над субстратом (например, сахаров, антибиотиков для химически индуцируемого редактирования), или путем перемещения устройства со сплошной стенкой в другую среду, в частности если устройство со сплошной стенкой размещается на мембране, которая формирует дно микролунок 352. [0114] FIG. 3B depicts a
[0115] После индуцирования редактирования 373 многие клетки в колониях клеток, которые были отредактированы, умирают в результате двухцепочечных разрезов, вызванных активным редактированием, и происходит задержка роста отредактированных клеток, которые выживают, но должны ремонтироваться и восстанавливаться после редактирования (микролунки 376), тогда как клетки, не подвергшиеся редактированию, процветают (микролунки 378) (vi). Таким образом, в микролунках 376, в которых находятся только клетки с активными гРНК (изображенные черными кружочками), большинство клеток умирает; однако в микролунках 378, содержащих клетки с неактивными гРНК (изображенные белыми кружочками), клетки продолжают расти и не подвергаются воздействию активного редактирования. Клеткам в каждой микролунке (376 и 378) дают возможность расти для продолжения образования колоний и нормализации, где колонии отредактированных клеток в микролунках 376 догоняют по размеру и/или количеству клеток неотредактированные клетки в микролунках 378, которые не подвергаются редактированию (vii). Следует отметить, что в этом рабочем процессе 370 колонии клеток в микролунках не являются клональными; то есть не все клетки в лунке происходят от единственной клетки. Вместо этого колонии клеток в лунке могут быть смешанными колониями, происходящими во многих лунках от двух или нескольких различных клеток. После того, как колонии клеток нормализуются, может иметь место либо объединение 390 всех клеток в микролунках, и в этом случае клетки обогащаются отредактированными клетками за счет устранения систематической ошибки из-за нередактируемых клеток и эффектов приспособляемости от редактирования; альтернативно рост колоний в микролунках отслеживается после редактирования, и медленно растущие колонии (например, клетки в микролунках 376) идентифицируются и выбираются 391 (например, «отбираются»), что приводит к еще большему обогащению отредактированных клеток.[0115] After induction of
[0116] Фиг. 3C представляет собой фотографию одного варианта осуществления субстрата со сплошной стенкой, содержащего микролунки для сингуляции клеток. Как видно на этой фотографии, субстрат со сплошной стенкой представляет собой перфорированный диск из металла, имеющий диаметр приблизительно 2 дюйма (~47 мм). Перфорированный диск, показанный на этой фотографии, изготавливается из нержавеющей стали 316, где перфорационные отверстия формируют стенки микролунок, а фильтр или мембрана используется для формирования дна микролунок. Использование фильтра или мембраны (такой как тканый мембранный фильтр 0,22 мкм PVDF DuroporeTM) позволяет среде и/или питательным веществам входить в микролунки, но препятствует вытеканию клеток вниз из микролунок. Фильтр или мембранные элементы, которые могут использоваться в модулях сингуляции или существенной сингуляции/начального роста/индукции редактирования и нормализации или отбора со сплошной стенкой, являются стойкими к растворителям, не загрязняющимися во время фильтрации и способны удерживать типы и размеры интересующих клеток. Например, для удержания малых клеток, таких как бактериальные клетки, размеры пор могут составлять всего 0,10 мкм, однако для других типов клеток размеры пор могут составлять 0,5 мкм. На самом деле, размеры пор, полезные в устройстве/модуле концентрации клеток, включают в себя фильтры с размерами отверстий 0,10 мкм, 0,11 мкм, 0,12 мкм, 0,13 мкм, 0,14 мкм, 0,15 мкм, 0,16 мкм, 0,17 мкм, 0,18 мкм, 0,19 мкм, 0,20 мкм, 0,21 мкм, 0,22 мкм, 0,23 мкм, 0,24 мкм, 0,25 мкм, 0,26 мкм, 0,27 мкм, 0,28 мкм, 0,29 мкм, 0,30 мкм, 0,31 мкм, 0,32 мкм, 0,33 мкм, 0,34 мкм, 0,35 мкм, 0,36 мкм, 0,37 мкм, 0,38 мкм, 0,39 мкм, 0,40 мкм, 0,41 мкм, 0,42 мкм, 0,43 мкм, 0,44 мкм, 0,45 мкм, 0,46 мкм, 0,47 мкм, 0,48 мкм, 0,49 мкм, 0,50 мкм и более. Фильтры могут быть изготовлены из любого подходящего материала, включая смешанный эфир целлюлозы (нитрат и ацетат целлюлозы) (CME), поликарбонат (PC), поливинилиденфторид (PVDF), полиэфирсульфон (PES), политетрафторэтилен (PTFE), нейлон или стекловолокно.[0116] FIG. 3C is a photograph of one embodiment of a solid wall substrate containing microwells for cell singulation. As seen in this photograph, the solid wall substrate is a perforated disc of metal approximately 2 inches (~47 mm) in diameter. The perforated disc shown in this photo is made from 316 stainless steel, where the perforations form the walls of the microwells and a filter or membrane is used to form the bottom of the microwells. The use of a filter or membrane (such as a 0.22 µm PVDF Duropore ™ woven membrane filter) allows media and/or nutrients to enter the microwells, but prevents cells from flowing down the microwells. The filter or membrane elements that can be used in solid wall singulation or essential singulation/initial growth/induction editing and normalization or selection modules are solvent-resistant, not contaminated during filtration, and are capable of retaining cell types and sizes of interest. For example, to retain small cells such as bacterial cells, pore sizes may be as small as 0.10 µm, however, for other cell types, pore sizes may be as low as 0.5 µm. In fact, pore sizes useful in a cell concentration device/module include filters with aperture sizes of 0.10 µm, 0.11 µm, 0.12 µm, 0.13 µm, 0.14 µm, 0.15 µm, 0.16 µm, 0.17 µm, 0.18 µm, 0.19 µm, 0.20 µm, 0.21 µm, 0.22 µm, 0.23 µm, 0.24 µm, 0.25 µm, 0.26 µm, 0.27 µm, 0.28 µm, 0.29 µm, 0.30 µm, 0.31 µm, 0.32 µm, 0.33 µm, 0.34 µm, 0.35 µm, 0.36 µm, 0.37 µm, 0.38 µm, 0.39 µm, 0.40 µm, 0.41 µm, 0.42 µm, 0.43 µm, 0.44 µm, 0.45 µm, 0.46 µm, 0.47 µm, 0.48 µm, 0.49 µm, 0.50 µm or more. Filters can be made from any suitable material, including mixed cellulose ether (cellulose nitrate and acetate) (CME), polycarbonate (PC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethersulfone (PES), polytetrafluoroethylene (PTFE), nylon, or glass fiber.
[0117] На фотографии, показанной на Фиг. 3C, перфорационные отверстия имеют диаметр приблизительно 150 мкм - 200 мкм, в результате чего микролунки имеют объем приблизительно 2,5 нл, а их общее количество составляет приблизительно 30000 микролунок. Расстояние между центрами микролунок составляет приблизительно 279 нм. Хотя здесь микролунки имеют объем приблизительно 2,5 нл, объем микролунок может составлять от 1 до 25 нл, или предпочтительно от 2 до 10 нл, и еще более предпочтительно от 2 до 4 нл. Предпочтительный размер/объем микролунок будет зависеть от типа клеток (например, бактериальные, дрожжевые, клетки млекопитающих). Перфорированный диск, показанный здесь, делается из нержавеющей стали 316; однако могут использоваться и другие биологически совместимые металлы и материалы. Устройство со сплошной стенкой может быть одноразовым или повторно используемым. Устройство со сплошной стенкой, показанное на Фиг. 3C, является круглым, но может иметь любую форму, например, квадратную, прямоугольную, овальную, и т.д. (см., например, Фиг. 4A). Круглые перфорированные диски являются полезными, если чашки Петри используются для снабжения модуля со сплошной стенкой питательными веществами посредством твердой среды, например, в чашке Петри или другой чашке для культивирования клеток. Фильтры, используемые для формирования дна микролунок устройства со сплошной стенкой, включают в себя тканые мембранные фильтры 0,22 мкм PVDF DuroporeTM. Кроме того, хотя показан перфорированный диск диаметром 2 дюйма (~47 мм), перфорированные диски могут быть по желанию меньше или больше, и конфигурация модуля со сплошной стенкой будет зависеть от того, как питательные вещества подаются в модуль со сплошной стенкой, и как выполняется замена среды. Например, см. перфорированный элемент на Фиг. 4A и варианты осуществления модуля со сплошной стенкой, показанные на Фиг. 4F-4BB.[0117] In the photograph shown in FIG. 3C, the perforations are approximately 150 μm - 200 μm in diameter, resulting in microwells having a volume of approximately 2.5 nL, for a total of approximately 30,000 microwells. The distance between the centers of the microwells is approximately 279 nm. Although the microwells here have a volume of approximately 2.5 nl, the volume of the microwells can be from 1 to 25 nl, or preferably from 2 to 10 nl, and even more preferably from 2 to 4 nl. The preferred size/volume of microwells will depend on the cell type (eg, bacterial, yeast, mammalian cells). The perforated disc shown here is 316 stainless steel; however, other biocompatible metals and materials may be used. The solid wall device can be disposable or reusable. The solid wall device shown in FIG. 3C is round but may be any shape such as square, rectangular, oval, etc. (see, for example, Fig. 4A). Round perforated discs are useful when Petri dishes are used to supply a solid wall module with nutrients via a solid medium, such as in a Petri dish or other cell culture dish. Filters used to bottom the microwells of the solid wall device include 0.22 µm PVDF Duropore ™ woven membrane filters. Also, although a 2 inch (~47 mm) diameter perforated disc is shown, the perforated discs can be smaller or larger as desired and the configuration of the solid wall module will depend on how nutrients are supplied to the solid wall module and how the environment replacement. For example, see the perforated element in FIG. 4A and solid wall module embodiments shown in FIG. 4F-4BB.
[0118] Фиг. 3D-3F представляют собой фотографии клеток E.coli, по существу или в значительной степени сингулированных посредством пуассоновского или по существу пуассоновского распределения в микролунках или в отверстиях в перфорированном диске с мембранным дном, при низком, среднем и высоком увеличении, соответственно. Фиг. 3D показывает рост при низком увеличении, где более темные микролунки являются микролунками с растущими клетками. Фиг. 3E представляет собой вид сверху микролунок в перфорированном диске, где более темные микролунки являются микролунками с растущими клетками. Фиг. 3F представляет собой фотографию микролунок, где мембрана (например, проницаемая мембрана, которая формирует дно микролунок) была удалена, где микролунки без рисунка (гладкие) являются микролунками, в которых клетки не растут, а микролунки с неправильным пигментом/рисунком представляют собой микролунки, в которых растут клетки, и на этой фотографии они заполнили микролунки, в которых они растут. На этих фотографиях фильтр (мембрана) с отверстиями 0,2 мкм был приштампован в горячем виде под высоким давлением к перфорированному диску, такому как круглый перфорированный диск, изображенный на Фиг. 3C. Перфорированный диск формировал стенки микролунок, а фильтр формировал дно микролунок. Для загрузки перфорированного диска с фильтром клетки E.coli втягивались в микролунки с использованием вакуума (см. описание способов в Примере 6). Перфорированный диск с фильтром был затем помещен на агаровую пластину LB мембранной стороной вниз, и клетки выращивали в течение ночи при 30°C, а затем два дня при комнатной температуре. Затем мембрана была удалена, и открывшиеся снизу микролунки были сфотографированы с помощью оптического микроскопа. Следует отметить легкость, с которой можно использовать различные селективные среды для отбора определенных фенотипов клеток; то есть нужно только перенести перфорированный диск с фильтром на другую пластину или чашку Петри, содержащую желаемую селективную среду. Обычно количество клеток, загружаемых в устройство или узел сингуляции, колеблется от приблизительно 0,1X до 2,5X количества перфораций или микролунок, или от приблизительно 0,3X до 2,0X количества перфораций или микролунок, или от приблизительно 0,5X до 1,5X количества перфораций или микролунок.[0118] FIG. 3D-3F are photographs of E. coli cells substantially or substantially singulated by a Poisson or substantially Poisson distribution in microwells or holes in a perforated membrane-bottomed disc at low, medium and high magnification, respectively. Fig. 3D shows growth at low magnification where the darker microwells are microwells with growing cells. Fig. 3E is a top view of microwells in a perforated disc, where the darker microwells are microwells with growing cells. Fig. 3F is a photograph of microwells where a membrane (e.g., a permeable membrane that forms the bottom of microwells) has been removed, where unpatterned (smooth) microwells are microwells in which cells do not grow, and microwells with irregular pigment/pattern are microwells, in which cells grow, and in this photo they filled the microwells in which they grow. In these photographs, a 0.2 µm filter (membrane) has been hot stamped under high pressure to a perforated disc, such as the round perforated disc shown in FIG. 3C. The perforated disk formed the walls of the microwells, and the filter formed the bottom of the microwells. To load the perforated filter disc, E. coli cells were drawn into the microwells using vacuum (see description of methods in Example 6). The perforated filter disc was then placed membrane side down on an LB agar plate and the cells were grown overnight at 30° C. and then two days at room temperature. Then the membrane was removed, and the microwells that opened from below were photographed using an optical microscope. Of note is the ease with which different selective media can be used to select for specific cell phenotypes; that is, it is only necessary to transfer the perforated filter disc to another plate or Petri dish containing the desired selective medium. Typically, the number of cells loaded into the singulation device or assembly ranges from about 0.1X to 2.5X the number of perforations or microwells, or from about 0.3X to 2.0X the number of perforations or microwells, or from about 0.5X to 1, 5X the number of perforations or microwells.
[119] Фиг. 4A - 4BB изображают различные компоненты различных вариантов осуществления и компоненты модуля сингуляции или существенной сингуляции, роста, индукции редактирования и нормализация или отбора со сплошной стенкой («модуль изоляции/индукции/нормализации со сплошной стенкой» или «SWIIN»), подходящего для сингуляции (или существенной сингуляции) клеток всех типов, выращивания клеток для начальных, например, 2-150 циклов клеточного деления, индуцирования редактирования и нормализации или отбора получаемых колоний клеток. Представленные модули SWIIN могут быть автономными устройствами, или зачастую одним модулем в автоматизированном мультимодульном инструменте для обработки клеток. Фиг. 4A показывает перфорированный металлический лист или перфорированный элемент 401, который обычно имеет прямоугольную форму. Отверстия показаны не в масштабе. Как и в случае с перфорированным диском, описанным со ссылками на Фиг. 3C-3F, перфорированный элемент 401 изготовляется из нержавеющей стали 316, где отверстия формируют стенки микролунок, а фильтр или мембрана (не показанные на Фиг. 4A) используются для формирования дна микролунок. [119] FIG. 4A-4BB depict various components of various embodiments and components of a solid wall singulation or significant singulation, growth, editing induction and normalization or selection module ("solid wall isolation/induction/normalization module" or "SWIIN") suitable for singulation ( or significant singulation) of cells of all types, growing cells for initial, for example, 2-150 cycles of cell division, inducing editing and normalizing or selecting the resulting cell colonies. The presented SWIIN modules can be stand-alone devices, or often a single module in an automated multi-module cell processing tool. Fig. 4A shows a perforated metal sheet or
[0120] На полученной с помощью сканирующего электронного микроскопа фотографии, показанной на Фиг. 4B, перфорационные отверстия (микролунки) имеют диаметр приблизительно 150 мкм - 200 мкм, а глубина перфорированного элемента составляет приблизительно 125, в результате чего микролунки имеют объем приблизительно 2,5 нл, а их общее количество составляет приблизительно 200000 микролунок. Расстояние между центрами микролунок составляет приблизительно 279 мкм. Хотя здесь микролунки имеют объем приблизительно 2,5 нл, объем микролунок может составлять от 1 до 25 нл, или предпочтительно от 2 до 10 нл, и еще более предпочтительно от 2 до 4 нл. Перфорированный элемент, изображенный на Фиг. 4A, имеет длину приблизительно 14 см и ширину 10 см (140 мм x 100 мм); однако перфорированные элементы меньшего размера (такие как показанный на Фиг. 3C) или большего размера могут использоваться в зависимости от плотности микролунок в перфорированном элементе и требуемого количества микролунок или перегородок. Например, чем большее плексность (например, сложность) библиотеки, используемой для редактирования популяции клеток, тем большее количество микролунок или перегородок является предпочтительным. Если, например, 10000-плексная библиотека используется для редактирования популяции клеток, перфорированного элемента с 200000 микролунок или перегородок будет более чем достаточно; однако если для редактирования популяции клеток используется 50000-плексная библиотека, предпочтительным может быть перфорированный элемент (или два или более элементов) с общим количеством микролунок или перегородок 400000 или больше. Обычно количество клеток, загружаемых в устройство или узел сингуляции, колеблется от приблизительно 0,1X до 2,5X количества перфораций или микролунок, или от приблизительно 0,3X до 2,0X количества перфораций или микролунок, или от приблизительно 0,5X до 1,5X количества перфораций или микролунок; таким образом количество клеток, загружаемых на перфорированный элемент, содержащий приблизительно 200000 перфораций, будет варьироваться от приблизительно 20000 до приблизительно 500000, или от приблизительно 60000 до приблизительно 400000, или от приблизительно 100000 до приблизительно 300000. Предпочтительный размер/объем микролунок будет зависеть от типа редактируемых клеток (например, археи, бактерии, дрожжи, эукариотические клетки, не относящиеся и/или относящиеся к млекопитающим). Перфорированный элемент, показанный здесь, делается из нержавеющей стали 316; однако могут использоваться и другие биологически совместимые металлы и материалы, такие как титан, сплавы на основе кобальта и керамика. SWIIN может быть одноразовым, или он может быть повторно используемым. При повторном использовании SWIIN может быть нагрет до 55°C или выше для его стерилизации, либо альтернативно он может быть промыт потоком антибиотиков.[0120] In the scanning electron microscope photograph shown in FIG. 4B, the perforations (microwells) are approximately 150 µm to 200 µm in diameter and the perforation depth is approximately 125, resulting in a microwell volume of approximately 2.5 nL for a total of approximately 200,000 microwells. The distance between the centers of the microwells is approximately 279 µm. Although the microwells here have a volume of approximately 2.5 nl, the volume of the microwells can be from 1 to 25 nl, or preferably from 2 to 10 nl, and even more preferably from 2 to 4 nl. The perforated element shown in Fig. 4A is approximately 14 cm long and 10 cm wide (140 mm x 100 mm); however, smaller (such as the one shown in Fig. 3C) or larger perforated elements may be used depending on the density of microwells in the perforated element and the number of microwells or septa required. For example, the greater the plexity (eg, complexity) of a library used to edit a population of cells, the greater the number of microwells or partitions is preferred. If, for example, a 10,000-plex library is being used to edit a population of cells, a perforated element with 200,000 microwells or baffles will be more than enough; however, if a 50,000-plex library is used to edit a population of cells, a perforated element (or two or more elements) with a total of 400,000 or more microwells or septa may be preferred. Typically, the number of cells loaded into the singulation device or assembly ranges from about 0.1X to 2.5X the number of perforations or microwells, or from about 0.3X to 2.0X the number of perforations or microwells, or from about 0.5X to 1, 5X the number of perforations or microwells; thus, the number of cells loaded onto a perforated element containing approximately 200,000 perforations will vary from approximately 20,000 to approximately 500,000, or from approximately 60,000 to approximately 400,000, or from approximately 100,000 to approximately 300,000. The preferred microwell size/volume will depend on the type of microwells being edited. cells (eg, archaea, bacteria, yeast, non-mammalian and/or eukaryotic cells). The perforated element shown here is 316 stainless steel; however, other biocompatible metals and materials such as titanium, cobalt-based alloys, and ceramics can also be used. A SWIIN may be disposable, or it may be reusable. When reused, the SWIIN can be heated to 55°C or higher to sterilize it, or alternatively it can be flushed with a stream of antibiotics.
[0121] Фиг. 4B-4E представляют собой полученные с помощью электронного микроскопа фотографии части перфорированного элемента 401 (Фиг. 4B), а также увеличенные виды одной микролунки 402 без (Фиг. 4C) и с (Фиг. 4D и 4E) фильтрующей мембраной, формирующей дно микролунки 402. Фиг. 4B показывает перфорированный элемент 401 и приблизительно 30 микролунок 402. Фиг. 4C также показывает перфорированный элемент 401 и единственную микролунку 402, имеющую приблизительно 172 мкм в диаметре. Фиг.4D показывает перфорированный элемент 401 и приблизительно 8 микролунок 402, каждая из которых имеет часть фильтра или мембраны 403, формирующую дно микролунки 402. Фиг. 4E представляет собой микроснимок с более высоким увеличением одной из микролунок 402 перфорированного элемента 401, показанного на Фиг. 4D. Как было описано выше для Фиг. 3C-3F, использование фильтра или мембраны (такой как тканый мембранный фильтр 0,22 мкм PVDF DuroporeTM) позволяет среде и/или питательным веществам входить в микролунки, но препятствует вытеканию клеток вниз из микролунок. Фильтр или мембранные элементы, которые могут использоваться для формирования дна микролунок перфорированного элемента в модуле сингуляции или существенной сингуляции/начального роста/индукции редактирования и нормализации/отбора со сплошной стенкой, являются стойкими к растворителям, не загрязняющимися во время фильтрации, нервущимися под давлением, требуемым для обмена среды и загрузки клеток, и способны удерживать типы и размеры интересующих клеток. Например, для удержания малых клеток, таких как бактериальные клетки, размеры пор могут составлять всего 0,2 мкм, однако для других типов клеток размеры пор могут составлять 0,5 мкм или больше. Фильтры могут быть изготовлены из любого подходящего материала, включая смешанный эфир целлюлозы (нитрат и ацетат целлюлозы) (CME), поликарбонат (PC), поливинилиденфторид (PVDF), полиэфирсульфон (PES), политетрафторэтилен (PTFE), нейлон или стекловолокно. Перфорированный элемент 401 и фильтр 403 штампуются вместе в горячем виде; то есть перфорированный элемент 401 и фильтр 403 спрессовываются под высоким давлением (например, 20 тыс. фунтов/кв.дюйм). В некоторых вариантах осуществления отверстия или перегородки в перфорированном элементе травятся с небольшим сужением, и материал фильтра вдавливается в отверстие, а затем ослабляется, чтобы образовать эффективную обжимку, обеспечивающую соединение без клея. В качестве альтернативы может использоваться клей. [0121] FIG. 4B-4E are electron microscope photographs of a portion of the perforated element 401 (FIG. 4B), as well as enlarged views of one
[0122] Фиг. 4F изображает один вариант осуществления узла 420a сингуляции на виде сверху в перспективе, который представляет «удерживающую сторону» узла 420a сингуляции. Используемый в настоящем документе «узел сингуляции» содержит удерживающий элемент 404 в качестве верхнего элемента, проницаемый элемент 408 в качестве нижнего элемента, с уплотнением 416, окружающим перфорированный элемент 401 и фильтр 403, где уплотнение 416, перфорированный элемент 401 и фильтр 403 зажаты между удерживающим элементом 404 и проницаемым элементом 408. Удерживаемый и проницаемый элементы 404 и 408, соответственно, в вариантах осуществления, проиллюстрированных на Фиг. 4F - 4Q и 4Y, являются прозрачными и имеют приблизительно 200 мм в длину, 130 мм в ширину и 4 мм в толщину, хотя в других вариантах осуществления удерживаемый и проницаемый элементы могут иметь длину от 75 мм до 350 мм, или от 100 мм до 300 мм, или от 150 мм до 250 мм; ширину от 50 мм до 250 мм, или от 75 мм до 200 мм, или от 100 мм до 150 мм; и толщину от 2 мм до 15 мм, или от 4 мм до 10 мм, или от 5 мм до 8 мм. В вариантах осуществления, изображенных на Фиг. 4F - 4BB, удерживающие элементы изготовлены от PMMA (полиметилметакрилат); однако могут использоваться другие материалы, включая поликарбонат, сополимер циклического олефина (COC), стекло, поливинилхлорид, полиэтилен, полиамид, полипропилен, полисульфон, полиуретан, а также сополимеры этих и других полимеров. Уплотнение 416 является плоским, круговым образом окружающим перфорированный элемент 401 и фильтр 403, и делается из резины, силикона, нитрильного каучука, политетрафторэтилена, пластичного полимера, такого как полихлортрифторэтилен, или другого легко сжимаемого материала. [0122] FIG. 4F depicts one embodiment of the
[0123] Удерживающий элемент 404 имеет в целом гладкую верхнюю поверхность; единственный канал 405 распределения (в данном случае расположенный по центру), который пересекает удерживающий элемент 404 от его верхней поверхности до его нижней поверхности и на большую часть длины удерживающего элемента 404 (подробности чего описываются в связи с Фиг. 4I); и гребни 406a, которые в данном случае располагаются на нижней поверхности удерживающего элемента 404 (например, рядом с перфорированным элементом 401), где гребни 406a пересекают дно удерживающего элемента 404 от одной стороны к другой (например, слева направо) (в этом варианте осуществления имеется приблизительно 28 гребней 406a). Используемое в настоящем документе для каналов распределения в удерживающем элементе или проницаемом элементе выражение «большая часть длины» означает приблизительно 95% длины удерживающего элемента или проницаемого элемента, или приблизительно 90%, 85%, 80%, 75% или 70% длины удерживающего элемента или проницаемого элемента. Направляющие 406 потока формируются между гребнями 406a. В дополнение к этому, удерживающий элемент 404 имеет единственное отверстие 407, которое позволяет вводить клетки в узел 420a сингуляции; а также имеется крышка 413 канала распределения, которая закрывает единственный канал 405 распределения в удерживающем элементе 404. В этом варианте осуществления канал 405 распределения имеет длину приблизительно 150 мм и ширину 1 мм; гребни 406a удерживающего элемента имеют приблизительно 0,5 мм в высоту и 80 мм в длину; и направляющие 406 потока удерживающего элемента имеют ширину приблизительно 5 мм. Объем жидкости в узле сингуляции составляет от 5 мл до 100 мл, или от 7,5 мл до 60 мл, или от 10 мл до 40 мл (для узла сингуляции с 200000 перфорационных отверстий). [0123] The
[0124] В дополнение к удерживающему элементу 404, на Фиг. 4F также показаны застежки 412, центральный составной слой, содержащий уплотнение 416, окружающее перфорированный элемент 401, расположенный над фильтром или мембраной 403 (отдельные компоненты на Фиг. 4F не видны). Нижний слой узла 420a сингуляции, показанный на Фиг. 4F, формируется проницаемым элементом 408. Проницаемый элемент 408, как и удерживающий элемент 404, содержит один или более каналов распределения проницаемого элемента, гребни проницаемого элемента, направляющие потока проницаемого элемента, а также одно или более отверстий (ни одно из которых не показано на Фиг. 4F, но показано на Фиг. 4G). Узлы 420 сингуляции и модули 400 SWIIN, содержащие узлы 420 сингуляции, изготавливаются из материала, который выдерживает температуру от 4°C до 60°C. Нагревание и охлаждение модулей SWIIN обеспечиваются устройством Пельтье или термоэлектрическим холодильником; или может использоваться комбинация систем, например в многослойных модулях SWIIN (см., например, Фиг. 4BB и 4CC), таких как охлаждение с обратной компрессией Ренкина или абсорбционные тепловые насосы. [0124] In addition to the holding
[0125] В модулях сингуляции или существенной сингуляции, роста, индукции редактирования и нормализации и/или отбора со сплошной стенкой («модуль изоляции/индукции/нормализации со сплошной стенкой» или «SWIIN»), описанных на Фиг. 4A - 4CC, клетки и среда (в разбавлении, подходящем для пуассоновского или по существу пуассоновского распределения клеток в микролунках перфорированного элемента) текут в канал 405 распределения через одно или более отверстий (на Фиг. 4F имеется одно отверстие 407) в удерживающем элементе 404, и клетки оседают в микролунках с пуассоновским или по существу пуассоновским распределением клеток в микролунках. Клетки удерживаются в микролунках, поскольку они не могут проходить через фильтр 403. После загрузки клеток подходящая среда может быть введена в узел сингуляции через удерживающий элемент; то есть среда вводится через отверстия 411 (Фиг. 4G), и среда проходит в каналы 409 распределения (Фиг. 4G) в проницаемом элементе 408, а затем распределяется направляющими 410 потока (Фиг. 4G) в проницаемом элементе 408. Среда в проницаемом элементе 408 может течь вверх через фильтр 403 для питания клеток, загруженных в микролунки. В процессе работы, когда клетки помещены в микролунки, они выращиваются для начальных, например, приблизительно 2-100 удвоений, редактирование индуцируется, например, путем повышения температуры SWIIN до 42°C, чтобы индуцировать температурно индуцибeльный промотор, или путем удаления среды для выращивания из проницаемого элемента (обратно через отверстия 411, см. Фиг. 4G) и замены среды для выращивания средой, содержащей химический компонент, который индуцирует индуцибeльный промотор. После редактирования температура SWIIN может быть уменьшена, или индуцирующая среда может быть удалена и заменена свежей средой, не содержащей химического компонента, и таким образом индуцибeльный промотор дезактивируется. Затем клеткам дают возможность продолжать расти в SWIIN до тех пор, пока рост клеточных колоний в микролунках не нормализуется. После того, как нормализация произошла, колонии вымываются из микролунок (например, путем приложения давления к проницаемому элементу 408, и таким образом к фильтру 403), и клетки в колониях объединяются; или, альтернативно, рост колоний клеток в микролунках отслеживается, и медленно растущие колонии отбираются напрямую, например, путем объединения клеток из медленно растущих колоний путем пипетирования медленно растущих клеток из микролунок в пробирку или другой сосуд, или колонии из отдельных микролунок могут быть выбраны и пипетированы, например, в отдельные лунки пластины с 96 или 384 лунками.[0125] In the modules of singulation or essential singulation, growth, induction of editing and normalization and/or selection with a solid wall (“solid wall isolation/induction/normalization module” or “SWIIN”) described in FIG. 4A-4CC, cells and media (at a dilution suitable for Poisson or substantially Poisson distribution of cells in the microwells of the perforated element) flow into the
[0126] Рост колонии в узле сингуляции (и таким образом в модуле SWIIN) может отслеживаться автоматизированными устройствами, такими как продаваемые компанией JoVE (система ScanLagTM, Кембридж, Массачусетс) (см. также публикацию Levin-Reisman, et al., Nature Methods, 7:737-39 (2010)). Рост клеток, например для клеток млекопитающих, может отслеживаться, например, с помощью монитора роста, продаваемого компанией IncuCyte (Анн-Арбор, Мичиган) (см. также публикацию Choudhry, PLos One, 11(2):e0148469 (2016)). Кроме того, могут использоваться автоматические сборщики колоний, такие как продаваемые, например, компанией TECAN (система PickoloTM, Маннедорф, Швейцария); Hudson Inc. (RapidPickTM, Спрингфилд, Нью-Джерси); Molecular Devices (система QPix 400TM, Сан-Хосе, Калифорния); и Singer Instruments (система PIXLTM, Сомерсет, Великобритания). [0126] Colony growth at the singulation node (and thus in the SWIIN module) can be monitored by automated devices such as those sold by JoVE (ScanLag ™ System, Cambridge, MA) (see also Levin-Reisman, et al., Nature Methods 7:737-39 (2010)). Cell growth, for example for mammalian cells, can be monitored, for example, using a growth monitor sold by IncuCyte (Ann Arbor, MI) (see also Choudhry, PLos One, 11(2): e0148469 (2016)). In addition, automatic colony pickers such as those sold by, for example, TECAN (Pickolo ™ system, Mannedorf, Switzerland) may be used; Hudson Inc. ( RapidPickTM , Springfield, New Jersey); Molecular Devices (QPix 400TM system, San Jose, CA); and Singer Instruments ( PIXLTM system, Somerset, UK).
[0127] Фиг. 4G изображает вариант осуществления узла 420a сингуляции, показанного на Фиг. 4F, на виде снизу в перспективе, который представляет дно проницаемого элемента 408 узла 420a сингуляции. Проницаемый элемент 408 содержит в целом гладкую нижнюю поверхность (которая на Фиг. 4G обращена вверх); два канала распределения (не показаны), закрытые крышкой 414 канала распределения, расположены с обеих сторон (слева/справа) дна проницаемого элемента 408. Также видны гребни 410a, которые здесь располагаются на верхней поверхности проницаемого элемента 408 (которая на Фиг. 4G обращена вниз) и пересекают верхнюю часть проницаемого элемента 408 справа налево (в этом варианте осуществления имеется приблизительно 28 гребней 410a), с направляющими 410 потока, формируемыми гребнями 410a. В дополнение к этому, проницаемый элемент 408 имеет два отверстия 411, которые подают жидкости в каналы распределения и забирают их оттуда (каналы здесь не видны, поскольку они закрыты крышками 414 канала распределения). [0127] FIG. 4G depicts an embodiment of the
[0128] В дополнение к проницаемому элементу 404, на Фиг. 4F также показаны застежки 412, центральный составной слой, содержащий уплотнение 416, окружающее перфорированный элемент 401, обжатый фильтром или мембраной 403 (отдельные компоненты на Фиг. 4G не видны). Самый нижний слой узла 420a сингуляции на Фиг. 4G является удерживающим элементом 404. Следует отметить, что в вариантах осуществления, изображенных на Фиг. 4F-4CC, показаны застежки 412; однако другие средства могут использоваться для закрепления удерживающего элемента 404, уплотнения 416, перфорированного элемента 401, фильтра 403 и проницаемого элемента 408, например клейкие вещества, такие как чувствительное к давлению клейкое вещество, ультразвуковая сварка или связывание, соединение с помощью растворителя, сопряженные фитинги или комбинация клейких веществ, сварки, соединения с помощью растворителя и сопряженных фитингов; а также другие такие крепежные детали и соединения.[0128] In addition to the
[0129] Фиг. 4H изображает вариант осуществления узла 420a сингуляции, показанного на Фиг. 4F и 4G, на разобранном виде сбоку в перспективе. Сверху на Фиг.4H виден удерживающий элемент 404, содержащий единственный канал 405 распределения, который пересекает удерживающий элемент 404 от его верхней поверхности до его нижней поверхности на большую часть длины удерживающего элемента 404 (подробности чего описываются в связи с Фиг. 4I); гребни 406a, которые располагаются на нижней поверхности удерживающего элемента 404 и пересекают нижнюю поверхность удерживающего элемента 404 слева направо (в этом варианте осуществления имеется приблизительно 26 гребней 406a), и направляющие 406 потока, которые формируются между гребнями 406a. В дополнение к этому, удерживающий элемент 404 имеет единственное отверстие 407, которое позволяет вводить клетки и другие жидкости и удалять их из удерживающего элемента 404, и таким образом вводить или удалять их из узла 420a сингуляции. Также имеется крышка 413 канала распределения, выполненная с возможностью вставляться и закрывать единственный канал 405 распределения. [0129] FIG. 4H depicts an embodiment of the
[0130] Уплотнение 416, перфорированный элемент 401 и фильтр 403 можно более ясно разглядеть на этом разобранном виде узла 420a сингуляции, где перфорированный элемент 401 и фильтр 403 имеют очень похожие, если не идентичные, размеры, и уплотнение 416 выполнено с возможностью окружать перфорированный элемент 401 и фильтр 403 и обеспечивать надежное уплотнение между удерживающим элементом 404 и проницаемым элементом 408. На Фиг. 4H проницаемый элемент 408 изображен на виде сверху, где проницаемый элемент 408 содержит два канала 409 распределения, расположенных вдоль с обеих сторон (слева и справа) проницаемого элемента 408, гребни 410a, которые здесь располагаются на верхней поверхности проницаемого элемента 408 и пересекают верхнюю часть проницаемого элемента 408 от одной его стороны к другой (слева направо) (в этом варианте осуществления имеется приблизительно 28 гребней 410a), и направляющие 410 потока, которые формируются между гребнями 410a в проницаемом элементе 408. В дополнение к этому, проницаемый элемент 408 имеет два отверстия 411 (только одно из которых видно на Фиг. 4Н), которые подают жидкости в каналы 409 распределения, забирают их оттуда. Также видны крышки 414 канала распределения, которые не находятся на месте и не закрывают каналы 409 распределения. Также на Фиг. 4H видны застежки 412, хотя, опять же, другие средства для закрепления компонентов узла 420a сингуляции могут использоваться и предпочтительно используются для производственных узлов сингуляции.[0130]
[0131] Фиг. 4I представляет собой увеличенный вид в перспективе верхней поверхности удерживающего элемента 404, включая отверстие 407 (здесь с люэровским соединением от источника жидкости к отверстию 407 в удерживающем элементе 404), канал 405 распределения, который пересекает удерживающий элемент 404 от его верхней поверхности до его нижней поверхности на большую часть длины удерживающего элемента 404 и выполнен с возможностью подачи жидкости (и удаления жидкости) в направляющие 406 потока на нижней поверхности удерживающего элемента 408. Канал 405 распределения содержит направляющие поток отверстия 415, которые соответствуют направляющим 406 потока, поскольку направляющие 415 потока располагаются в канале 405 распределения между гребнями 406a удерживающего элемента. Крышка 413 канала распределения располагается на верхней поверхности удерживающего элемента 404, закрывая (и формируя верхнюю поверхность) канала 405 распределения. [0131] FIG. 4I is an enlarged perspective view of the top surface of the
[0132] Фиг. 4J представляет собой увеличенный вид поперечного сечения узла 420a сингуляции. На Фиг. 4J видно отверстие 407 для удерживаемого вещества замечается (с люэровским соединением от источника жидкости к отверстию 407), а также уплотнение 416, перфорированный элемент 401 и фильтр 403, отштампованные вместе в горячем виде и расположенные между удерживающим элементом 404 и проницаемым элементом 408. Также видны гребни 406a, которые располагаются на нижней поверхности удерживающего элемента 404, и направляющие 406 потока, которые формируются между гребнями 406a. В дополнение к этому видны гребни 410a, проницаемый элемент 408, а также направляющие 410 потока, которые формируются между гребнями 410a. Следует отметить, что гребни 406a на удерживающем элементе 404 и гребни 410a на проницаемом элементе 408 встречаются и совпадают друг с другом, и разделяются только перфорированным элементом 401 и фильтром 403, так что направляющие 406 и направляющие 410 потока также совпадают друг с другом. Также видны направляющие поток отверстия 415, которые соответствуют направляющим 406 потока, поскольку они располагаются между гребнями 406a удерживающего элемента. Гребни 406a на удерживающем элементе 404 и гребни 410a на проницаемом элементе 408 не только формируют направляющие 406 и 410 потока в удерживающем элементе 404 и проницаемом элементе 408, соответственно, но и обеспечивают поддержку узлу 420 сингуляции путем распределения давления по всему узлу 420 сингуляции и предотвращения разрывов фильтра или мембраны 403. [0132] FIG. 4J is an enlarged cross-sectional view of the
[0133] Фиг. 4K изображает другой вариант осуществления узла 420b сингуляции на виде сверху в перспективе, который представляет «удерживающую сторону» узла 420b сингуляции. Вариант осуществления узла 420b сингуляции, показанный на Фиг. 4K, отличается от узла 420a сингуляции, показанного на Фиг. 4F-4Н, тем, что удерживающий элемент 404 на Фиг. 4K-4M имеет два канала 405 распределения, расположенных вдоль с обеих сторон (слева и справа) удерживающего элемента 404 вместо единственного канала 405 распределения, расположенного посередине удерживающего элемента 404. Как и на Фиг. 4F-4H, удерживающий элемент 404, изображенный на Фиг. 4J-4M, содержит в целом гладкую верхнюю поверхность; два канала 405 распределения, которые пересекают удерживающий элемент 404 от его верхней поверхности до его нижней поверхности на большую часть длины удерживающего элемента 404; и гребни 406a, которые располагаются на нижней поверхности удерживающего элемента 404 и пересекают дно удерживающего элемента 404 от одной его стороны к другой, слева направо (в этом варианте осуществления имеется приблизительно 28 гребней 406a удерживающего элемента). Направляющие 406 потока формируются между гребнями 406a на удерживающем элементе 404. В дополнение к этому, удерживающий элемент 404 имеет два отверстия 407, которые позволяют клеткам и среде входить в узел 420b сингуляции и выходить из него. Также имеются крышки 413 канала распределения, которые закрывают два канала 405 распределения и фактически обеспечивают верхнюю поверхность каналов 405 распределения. [0133] FIG. 4K depicts another embodiment of the
[0134] В дополнение к удерживающему элементу 404, на Фиг. 4 также K видны застежки 412, центральный составной слой, содержащий уплотнение 416, окружающее перфорированный элемент 401, расположенный выше фильтра или мембраны 403 и обжатый вместе с ним (отдельные компоненты не видны на Фиг. 4K). Нижний слой узла 420a сингуляции, показанного на Фиг. 4F, формируется проницаемым элементом 408. Проницаемый элемент 408, как и удерживающий элемент 404, содержит один или более (два на Фиг. 4L) каналов распределения проницаемого элемента, множество гребней и направляющие потока, а также одно или более отверстий (которые не показаны на Фиг. 4K, но видны на Фиг. 4L). [0134] In addition to the holding
[0135] Как описывалось ранее со ссылками на Фиг. 4F-4Н, в модулях сингуляции или существенной сингуляции, роста, индукции редактирования и нормализации или отбора со сплошной стенкой («модуль изоляции/индукции/нормализации со сплошной стенкой» или «SWIIN»), описанных на Фиг. 4F-4CC, клетки и среда (в разбавлении, подходящем для пуассоновского или по существу пуассоновского распределения клеток в микролунках перфорированного элемента) текут в каналы 405 распределения из двух отверстий 407 в удерживающем элементе 404, и клетки оседают в микролунках с пуассоновским или по существу пуассоновским распределением клеток в микролунках. Клетки удерживаются в микролунках перфорированного элемента 401, поскольку они не могут проходить через фильтр 403. Подходящая среда вводится в узел 420b сингуляции через проницаемый элемент 408. Эта среда течет вверх через фильтр 403 для питания клеток. Таким образом, в процессе работы клетки помещаются в микролунки, выращиваются для начальных, например, приблизительно 2-100 удвоений, редактирование индуцируется, например, путем повышения температуры SWIIN до 42°C, чтобы индуцировать температурно индуцибeльный промотор, или путем удаления среды для выращивания из проницаемого элемента и замены среды для выращивания средой, содержащей химический компонент, который индуцирует индуцибeльный промотор. После редактирования температура SWIIN может быть уменьшена, или индуцирующая среда может быть удалена и заменена свежей средой, не содержащей химического компонента, активируя тем самым индуцибeльный промотор. Затем клеткам дают возможность продолжать расти в SWIIN до тех пор, пока рост клеточных колоний в микролунках не нормализуется. Как только колонии нормализуются, они вымываются из микролунок (путем приложения давления к каналам проницаемого элемента и направляющим потока, и таким образом к фильтру) и объединяются; альтернативно рост колоний клеток в микролунках отслеживается, и медленно растущие колонии отбираются напрямую, например, путем объединения клеток из медленно растущих колоний.[0135] As previously described with reference to FIG. 4F-4H, in the solid wall singulation or substantial singulation, growth, edit induction and normalization or selection modules ("solid wall isolation/induction/normalization module" or "SWIIN") described in FIG. 4F-4CC, cells and media (at a dilution suitable for Poisson or substantially Poisson distribution of cells in the microwells of the perforated element) flow into the
[0136] Фиг. 4L изображает вариант осуществления узла 420b сингуляции, показанного на Фиг. 4К, на виде снизу в перспективе, который представляет дно проницаемого элемента 408 узла 420b сингуляции. Проницаемый элемент 408 содержит в целом гладкую нижнюю поверхность (которая на Фиг. 4L обращена вверх); два канала распределения (не показаны), закрытые крышками 414 канала распределения (расположены с обеих сторон (слева и справа) проницаемого элемента 408), гребни 410a, которые располагаются на верхней поверхности проницаемого элемента 408 (которая на Фиг. 4L обращена вниз) и пересекают верхнюю часть проницаемого элемента 408 от одной его стороны к другой (в этом варианте осуществления имеется приблизительно 28 гребней 410a), а также направляющие 410 потока, которые формируются между гребнями 410a. В дополнение к этому, проницаемый элемент 408 имеет два отверстия 411, которые подают жидкости в каналы распределения и забирают их оттуда (каналы здесь не видны, поскольку они закрыты крышками 414 канала распределения), а затем направляют к направляющим 410. [0136] FIG. 4L depicts an embodiment of the
[0137] В дополнение к проницаемому элементу 404, на Фиг. 4L также видны застежки 412, центральный составной слой, содержащий уплотнение 416, окружающее перфорированный элемент 401, расположенный выше фильтра или мембраны 403 и обжатый вместе с ним (отдельные компоненты не видны на Фиг. 4L), и самый нижним слоем узла 420b сингуляции на Фиг. 4L является удерживающий элемент 404. Опять же, следует отметить, что в вариантах осуществления, изображенных на Фиг. 4F-4CC, показаны застежки 412; однако другие средства могут использоваться для закрепления удерживающего элемента 408, уплотнения 416, перфорированного элемента 401, фильтра 403 и проницаемого элемента 408, например клейкие вещества, ультразвуковая сварка или связывание, соединение с помощью растворителя, сопряженные фитинги или комбинация клейких веществ, сварки, соединения с помощью растворителя и сопряженных фитингов; а также другие такие крепежные детали и соединения. [0137] In addition to the
[0138] Фиг. 4М изображает вариант осуществления узла 420b сингуляции, показанного на Фиг. 4K и 4L, на разобранном виде сбоку в перспективе. Сверху на Фиг. 4M виден удерживающий элемент 404, содержащий два канала 405 распределения, расположенные с обеих сторон (слева и справа) удерживающего элемента 404, оба из которых пересекают удерживающий элемент 404 от его верхней поверхности до его нижней поверхности на большую часть длины удерживающего элемента 404; гребни 406a, которые располагаются на нижней поверхности удерживающего элемента 404 и пересекают нижнюю поверхность удерживающего элемента 404 от одной его стороны к другой (в этом варианте осуществления имеется приблизительно 28 гребней 406a), а также направляющие 406 потока, которые формируются между гребнями 406a. В дополнение к этому, удерживающий элемент 404 имеет два отверстия 407, которые позволяют клеткам и другим жидкостям входить в узел 420a сингуляции и выходить из него через каналы 405 распределения. Также имеются две крышки 413 канала распределения, которые выполнены с возможностью вставляться и закрывать два канала 405 распределения. [0138] FIG. 4M depicts an embodiment of the
[0139] Уплотнение 416, перфорированный элемент 401 и фильтр 403 можно более ясно разглядеть на этом разобранном виде узла 420b сингуляции, где перфорированный элемент 401 и фильтр 403 имеют очень похожие размеры, и уплотнение 416 выполнено с возможностью окружать перфорированный элемент 401 и фильтр 403 и обеспечивать надежное уплотнение между удерживающим элементом 404 и проницаемым элементом 408. На Фиг. 4M проницаемый элемент 408 изображен на виде сверху, где проницаемый элемент 408 содержит два канала 409 распределения, расположенных вдоль с обеих сторон (слева и справа) проницаемого элемента 408, оба из которых пересекают проницаемый элемент 408 от его нижней поверхности до его верхней поверхности на большую часть длины проницаемого элемента 408, гребни 410a, которые здесь располагаются на верхней поверхности проницаемого элемента 408 и пересекают верхнюю часть проницаемого элемента 408 от одной его стороны к другой, и направляющие 410 потока, которые формируются между гребнями 410a. В дополнение к этому, проницаемый элемент 408 имеет два отверстия 411, показанные на Фиг. 4M как отверстия на удерживающем элементе 404, которые, когда узел 420b сингуляции собран, являются гидравлически связанными с каналами 409 распределения на проницаемом элементе 408, которые соединены с распределителями 410 потока, и таким образом с фильтром 403, расположенным на проницаемом элементе 408. Также видны крышки 414 канала распределения, которые показаны отдельно от узла 420b сингуляции на этом разобранном виде и не вставлены в проницаемый элемент 408, чтобы закрывать каналы 409 распределения. Также на Фиг. 4M видны отверстия для застежек 412 (застежки не показаны), хотя, опять же, другие средства, кроме застежек, могут использоваться для закрепления компонентов узла 420b сингуляции.[0139]
[0140] Фиг. 4N изображает другой вариант осуществления узла 420с сингуляции на виде сверху в перспективе, который представляет «удерживающую сторону» узла 420с сингуляции. Вариант осуществления узла 420с сингуляции, показанный на Фиг. 4N, отличается от узла 420a сингуляции, показанного на Фиг. 4F-4Н, тем, что удерживающий элемент 404 на Фиг. 4N-4Р имеет два канала 405 распределения, расположенных вдоль с обеих сторон (слева и справа) удерживающего элемента 404 вместо единственного канала 405 распределения, расположенного посередине удерживающего элемента 404. Вариант осуществления узла 420c сингуляции, показанный на Фиг. 4N, отличается от узла 420b сингуляции, показанного на Фиг. 4K - 4M, тем, что конфигурация каналов 405 распределения в удерживающем элементе 404 (и каналов 409 распределения в проницаемом элементе 408) на Фиг. 4N-4P отличается от конфигурации на Фиг. 4K-4M. Каналы 405 распределения (и каналы 409 распределения) на Фиг. 4N-4P являются разветвленными; то есть, вместо отверстия 407, подающего жидкости прямо в канал 405 распределения в той точке, где отверстие 407 пересекается с каналом 405 распределения, в варианте осуществления узла сингуляции, показанном на Фиг. 4N-4P, жидкости текут в отверстия 407, затем в разветвленные каналы 405 распределения с обеих сторон (слева и справа) удерживающего элемента 407. Разветвленные каналы распределения имеют первый трубопровод, который заканчивается приблизительно на полпути вниз вдоль длины удерживающего элемента 404, где первый трубопровод затем ветвится на два вторичных трубопровода, эти два вторичных трубопровода ветвятся на четыре третичных трубопровода, и эти третичные трубопроводы подают жидкости в конечный трубопровод, который проходит по всей длине удерживающего элемента, равномерно распределяя поступающие жидкости к направляющим 406 потока. [0140] FIG. 4N depicts another embodiment of the
[0141] Следует отметить, что любая конфигурация каналов распределения (например, каналы 405 распределения на удерживающем элементе 404 и каналы 409 распределения на проницаемом элементе 408) может использоваться на удерживающем элементе 404 или проницаемом элементе 408, при условии, что каналы распределения должным образом распределяют жидкости к направляющим 406 или 410 потока. Как видно на Фиг. 4F-4Н, конфигурация каналов 405 распределения на удерживающем элементе 404 и каналов 409 распределения на проницаемом элементе 408 может различаться, или, как видно на Фиг. 4K-4M и Фиг. 4N-4P, конфигурация каналов 405 распределения на удерживающем элементе 404 и каналов 409 распределения на проницаемом элементе 408 может быть одинаковой. Как показано на Фиг. 4K-4M, удерживающий элемент 404, изображенный на Фиг. 4N-4P, содержит в целом гладкую верхнюю поверхность; два канала 405 распределения, слева и справа удерживающего элемента 404, которые пересекают удерживающий элемент 404 от его верхней поверхности до его нижней поверхности и ветвятся, распределяя таким образом жидкость по длине удерживающего элемента 404. [0141] It should be noted that any configuration of distribution channels (e.g.,
[0142] Удерживающий элемент 404 также содержит гребни 406a, которые располагаются на нижней поверхности удерживающего элемента 404 и пересекают дно удерживающего элемента 404 от одной его стороны до другой. В дополнение к этому, аналогично предыдущим вариантам осуществления, имеются направляющие 406 потока, которые формируются между гребнями 406a на удерживающем элементе 404; а также два отверстия 407, которые вводят и распределяют клетки и среду в удерживающий элемент 404 узла 420c сингуляции (и удаляют клетки и среду из него). Также видны крышки 413 канала распределения, которые покрывают два разветвленных канала 405 распределения на удерживающем элементе 404 и фактически обеспечивают верхнюю поверхность разветвленных каналов 405 распределения. Следует отметить, что разветвление для каналов 405 распределения является частью удерживающего элемента 404 в этом варианте осуществления; однако удерживающий элемент 404 может не содержать ответвлений, и разветвление может присутствовать на крышках 413 канала распределения, которые сопряжены с удерживающим элементом 404. [0142] The
[0143] В дополнение к удерживающему элементу 404 на Фиг. 4N также видны застежки 412, центральный составной слой, содержащий уплотнение 416, окружающее перфорированный элемент 401, расположенный выше фильтра или мембраны 403 и обжатый вместе с ним. Нижний слой узла 420с сингуляции, показанного на Фиг. 4F, формируется проницаемым элементом 408. Проницаемый элемент 408, как и удерживающий элемент 404, содержит один или более (два на Фиг. 4O) каналов распределения (в данном случае разветвленных), гребни, направляющие потока, и одно или более отверстий (которые не показаны на Фиг. 4N, но видны на Фиг. 4O). [0143] In addition to the holding
[0144] Фиг. 4О изображает вариант осуществления узла 420с сингуляции, показанного на Фиг. 4N, на виде снизу в перспективе, который представляет дно проницаемого элемента 408 узла 420с сингуляции. Проницаемый элемент 408 содержит в целом гладкую нижнюю поверхность (которая на Фиг. 4O обращена вверх); два разветвленных канала 409 распределения, закрытые крышками 414 канала распределения, гребни 410a, расположенные на верхней поверхности проницаемого элемента 408 (которая на Фиг. 4O обращена вниз) и пересекающие верхнюю поверхность проницаемого элемента 408 от одной его стороны к другой, а также направляющие 410 потока, которые формируются между гребнями 410a. В дополнение к этому, проницаемый элемент 408 имеет два отверстия 411, которые подают жидкости в разветвленные каналы 409 распределения и к направляющим 410 потока. Как и в случае с удерживающим элементом 404 и крышками 413 канала распределения, разветвление для каналов 409 распределения в проницаемом элементе 408 является частью проницаемого элемента 408; однако проницаемый элемент 408 может не содержать ответвлений, и разветвление вместо этого может присутствовать на крышках 414 канала распределения, которые сопряжены с проницаемым элементом 408. [0144] FIG. 4O depicts an embodiment of the
[0145] В дополнение к проницаемому элементу 404, на Фиг. 4О также видны застежки 412, центральный составной слой, содержащий уплотнение 416, окружающее перфорированный элемент 401, расположенный выше фильтра или мембраны 403 (отдельные компоненты не видны на Фиг. 4М), и самый нижним слоем узла 420а сингуляции на Фиг. 4О является удерживающий элемент 404. [0145] In addition to the
[0146] Фиг. 4Р изображает вариант осуществления узла 420с сингуляции, показанного на Фиг. 4N и 4О, на разобранном виде сбоку в перспективе. Сверху на Фиг. 4P виден удерживающий элемент 404, содержащий два разветвленных канала 405 распределения, расположенные с обеих сторон (слева и справа) удерживающего элемента 404, оба из которых пересекают удерживающий элемент 404 от его верхней поверхности до его нижней поверхности, где ответвления пересекают большую часть длины удерживающего элемента 404; гребни 406a, которые располагаются на нижней поверхности удерживающего элемента 404 и пересекают нижнюю поверхность удерживающего элемента 404 от одной его стороны к другой, а также направляющие 406 потока, которые формируются между гребнями 406a. В дополнение к этому, удерживающий элемент 404 имеет два отверстия 407, которые гидравлически соединены с разветвленными каналами 405 распределения и направляющими 406 потока и выполнены с возможностью ввода клеток и других жидкостей в узел 420a сингуляции, а также вывода клеток и других жидкостей из узла 420a сингуляции. Также имеются крышки 413 канала распределения, которые выполнены с возможностью вставляться в два разветвленных канала 405 распределения и закрывать их. [0146] FIG. 4P depicts an embodiment of the
[0147] Уплотнение 416, перфорированный элемент 401 и фильтр 403 можно более ясно разглядеть на этом разобранном виде узла 420с сингуляции, где перфорированный элемент 401 и фильтр 403 имеют очень похожие размеры, и уплотнение 416 выполнено с возможностью окружать перфорированный элемент 401 и фильтр 403 и обеспечивать надежное уплотнение между удерживающим элементом 404 и проницаемым элементом 408. На Фиг. 4P проницаемый элемент 408 изображен на виде сверху, где проницаемый элемент 408 содержит два разветвленных канала 409 распределения, расположенных вдоль с обеих сторон (слева и справа) проницаемого элемента 408, оба из которых пересекают проницаемый элемент 408 от его нижней поверхности до его верхней поверхности и обеспечивают разветвленные трубопроводы для большей части длины проницаемого элемента 408. Проницаемый элемент 408 дополнительно содержит гребни 410a, которые в данном случае располагаются на верхней поверхности проницаемого элемента 408 и пересекают верхнюю часть проницаемого элемента 408 от одной его стороны до другой, и направляющие 410 потока, которые формируются между гребнями 410a проницаемого элемента. В дополнение к этому, проницаемый элемент 408 имеет два отверстия 411 (на Фиг. 4P видно только одно отверстие 411). Также видны крышки 414 канала распределения, которые показаны отдельно от узла 420c сингуляции на этом разобранном виде и не закрывают разветвленные каналы 409 распределения. Также на Фиг. 4N видны застежки 412, хотя, опять же, другие средства, кроме застежек, могут использоваться для закрепления компонентов узла 420с сингуляции.[0147] The
[0148] Фиг. 4Q представляет собой увеличенный вид сверху удерживающего элемента 404, показанного на Фиг. 4N и 4P. Видны гребни 406a, которые располагаются на нижней поверхности удерживающего элемента 404 и пересекают нижнюю поверхность удерживающего элемента 404 от одной его стороны до другой, и направляющие 406 потока, которые формируются между гребнями 406a. Дополнительно виден канал 405 распределения, содержащий направляющие поток отверстия, выполненные с возможностью распределения жидкости в направляющие 406 потока, где канал 405 распределения закрыт крышкой 413 канала распределения.[0148] FIG. 4Q is an enlarged plan view of the retaining
[0149] Фиг. 4R представляет собой увеличенный вид поперечного сечения удерживающего элемента 404, с гребнями 406a и направляющими 406 потока, которые формируются между гребнями 406a. Также виден проницаемый элемент 408 с гребнями 410a и направляющими 410 потока, которые формируются между гребнями 410a проницаемого элемента. Между удерживающим элементом 404 и проницаемым элементом 408 располагаются уплотнение 416, перфорированный элемент 401 и фильтр 403. Следует отметить, что гребни 406a на удерживающем элементе 404 и гребни 410a являются совпадающими друг с другом, и разделяются только перфорированным элементом 401 и фильтром 403. Как было описано ранее, гребни 406a и гребни 410a обеспечивают поддержку перфорированному элементу 401 и фильтру 403 и уменьшают вероятность разрыва фильтра 403 во время, например, загрузки клеток или замены среды.[0149] FIG. 4R is an enlarged cross-sectional view of the
[0150] Фиг. 4S-4W изображают различные виды одного варианта осуществления модуля 400 сингуляции или существенной сингуляции, роста, индукции редактирования и нормализации или отбора на сплошной стенке (SWIIN). Фиг. 4S показывает вид в перспективе модуля 400 SWIIN. Модуль 400 SWIIN содержит, например, один из примерных узлов сингуляции, показанных на Фиг. 4F-4Н, 4K-4M и 4N-4P, которые размещены в крышке 440 SWIIN и являются одной частью модуля SWIIN. Различные компоненты крышки 440 SWIIN включают в себя крышку 442 резервуара, захват 441, окна 444 (показано шесть окон), ножки 443 и штриховой код (или другую идентификационную информацию) 445. Следует отметить, что в вариантах осуществления, изображенных на Фиг. 4S-4Z, окна являются круглыми; однако специалисту в данной области техники будет понятно, что окна могут иметь любую форму. Как правило, желательно, чтобы 30% или более удерживающего элемента были доступны для просмотра, чтобы получить приемлемую статистику по загрузке клеток. Также видна крышка 430a резервуарного узла, которая в данном варианте осуществления не формуется вместе с крышкой 440 SWIIN, а находится внутри части 442 крышки резервуара крышки 440 SWIIN. Крышка 430a резервуарного узла содержит четыре отверстия доступа к резервуару (432a, 432b, 432c и 432d), а также четыре отверстия пневматического доступа (433a, 433b, 433c, и 433d). Отверстия пневматического доступа 433a, 433b, 433c, и 433d в большинстве вариантов осуществления включают в себя фильтры для предотвращения загрязнения.[0150] FIG. 4S-4W depict various views of one embodiment of a singulation or essential singulation, growth, edit induction, and normalization or solid wall selection (SWIIN)
[0151] Окна 444 могут использоваться для отслеживания загрузки клеток и/или роста клеток с помощью камеры (например, видеокамеры). Например, видеокамера может использоваться для мониторинга роста клеток, например, путем измерений изменения плотности на основе изображения пустой лунки с помощью фазового контраста, или если, например, используется хромогенный маркер, такой как хромогенный белок, чтобы добавить клеткам различимый цвет. Хромогенные маркеры, такие как блитцен синий, дрейдл бирюзовый, вирджиния фиолетовый, виксен пурпурный, пранцер пурпурный, блестящий пурпурный, маккаби пурпурный, доннер фуксин, купидоновый розовый, серафина розовый, грубый оранжевый и леор оранжевый (Набор хромогенных белковых красителей, производства компании ATUM (Ньюарк, Калифорния)) устраняют потребность в использовании флюоресценции, хотя флуоресцентные клеточные маркеры, флуоресцентные белки и хемилюминесцентные клеточные маркеры также могут использоваться. [0151]
[0152] Фиг. 4T представляет собой вид сверху модуля 400 SWIIN, показывающий крышку 440 SWIIN и различные ее компоненты, включая крышку 442 резервуара, захват 441, окна 444 (показано шесть окон), ножки 443 и штриховой код (или другую идентификационную информацию) 445. Также видна крышка 430a резервуарного узла, расположенная внутри части 442 крышки резервуара крышки 440 SWIIN, где крышка 430a резервуарного узла содержит четыре отверстия доступа к резервуару (432a, 432b, 432c и 432d) и четыре отверстия пневматического доступа (433a, 433b, 433c и 433d). [0152] FIG. 4T is a plan view of the
[0153] Фиг. 4U представляет собой вид сбоку модуля 400 SWIIN, показывающий крышку 440 SWIIN, крышку 442 резервуара, захват 441 и ножки 443. Фиг. 4V представляет собой вид от конца со штриховым кодом модуля 400 SWIIN к концу с резервуаром модуля 400 SWIIN. Видны крышка 400 SWIIN, крышка 442 резервуара, захват 441 и ножки 443. Фиг. 4W представляет собой вид снизу в перспективе модуля 400 SWIIN, показывающий крышку 440 SWIIN, крышку 442 резервуара, ножки 443, а также крышки 414 канала распределения, расположенные внизу проницаемого элемента 408. [0153] FIG. 4U is a side view of the
[0154] Фиг. 4X-4Z показывают резервуарный узел 430. На Фиг. 4X резервуарный узел 430 располагается на узле 420 сингуляции, содержащем удерживающий элемент 404; крышки 413 канала распределения; узел уплотнения, перфорированного элемента и фильтра (не показан подробно), и проницаемый элемент (также не показан подробно). Резервуарный узел 430 содержит крышку 430a резервуарного узла, имеющую четыре отверстия доступа к резервуару (432a, 432b, 432c и 432d) и четыре отверстия пневматического доступа (433a, 433b, 433c и 433d). [0154] FIG. 4X-4Z show the
[0155] Фиг. 4Y представляет собой вид сверху в перспективе поперечного сечения резервуарного узла 430 на «резервуарном» конце крышки 440 SWIIN. Видны ножки 443 крышки 440 SWIIN. Видны резервуары 431a, 431b, 431c и 431d, а также отверстия резервуара/канала 434a, 434b, 434c и 434d. Резервуары 431b и 431c гидравлически связаны с трубопроводами, которые гидравлически связаны с каналами распределения на удерживающем элементе или с каналами распределения на проницаемом элементе, а резервуары 431a и 431d гидравлически связаны с трубопроводами, которые гидравлически связаны с каналами распределения на удерживающем элементе или каналами распределения на проницаемом элементе; то есть, если резервуары 431b и 431c гидравлически связаны с трубопроводами, которые связаны с каналами распределения на удерживающем элементе, тогда резервуары 431a и 431d гидравлически связаны с трубопроводами, которые связаны с каналами распределения на проницаемом элементе. Однако любой резервуар может быть выполнен с возможностью подачи жидкостей и удаления жидкостей для удерживающего элемента 404 или проницаемого элемента 408. Резервуары 431a, 431b, 431c и 431d обычно имеют объем от 5,0 до 100 мл, или от 7,5 до 60 мл, или от 10 до 40 мл (для узла сингуляции с 200000 перфорационных отверстий). Следует отметить, что резервуары 431a, 431b, 431c и 431d являются воронкообразными в части резервуара, ведущей к отверстиям резервуара/канала 434a, 434b, 434c и 434d, и помогают подаче жидкостей из резервуаров 431a, 431b, 431c и 431d.[0155] FIG. 4Y is a top, cross-sectional perspective view of the
[0156] Фиг. 4Z показывает три различных вида четырех соединенных резервуаров 435. Верхний чертеж представляет собой вид сверху соединенных резервуаров 435, средний чертеж представляет собой вид сбоку соединенных резервуаров 435, и нижний чертеж представляет собой вид снизу соединенных резервуаров 435. Резервуары 431a, 431b, 431c и 431d видны на всех чертежах, а отверстия резервуара/канала 434a, 434b, 434c и 434d видны на верхнем и нижнем чертежах. [0156] FIG. 4Z shows three different views of four
[0157] Фиг. 4AA представляет собой примерную пневматическую блок-схему, подходящую для модуля SWIIN, изображенного на Фиг. 4S-4W и, например, использующего узлы сингуляции, описанные со ссылками на Фиг. 4F-4R. Следует отметить, что имеется два электромагнитных клапана (SV) для каждого резервуара - двух резервуаров удерживаемого вещества (RR1 и RR2) и двух резервуаров пермеата (PR1 и PR2) - где один из клапанов предназначен для пневматики, и один из клапанов служит для блокировки линии. Следует отметить, что для каждой пары электромагнитных клапанов имеется реометр. Кроме того, в этом варианте осуществления имеется единственный трубопровод, обслуживающий все резервуары; однако другие варианты осуществления могут использовать два трубопровода, где PR1 и RR1 обслуживаются одним трубопроводом, а PR2 и RR2 обслуживаются другим трубопроводом, или каждый резервуар (PR1, RR1, PR2, RR2) может обслуживаться отдельным трубопроводом. [0157] FIG. 4AA is an exemplary pneumatic block diagram suitable for the SWIIN module shown in FIG. 4S-4W and, for example, using the singulation nodes described with reference to FIG. 4F-4R. It should be noted that there are two solenoid valves (SV) for each tank - two retention tanks (RR1 and RR2) and two permeate tanks (PR1 and PR2) - where one of the valves is for pneumatics and one of the valves is for blocking the line . It should be noted that there is a rheometer for each pair of solenoid valves. In addition, in this embodiment, there is a single pipeline serving all the tanks; however, other embodiments may use two pipelines, where PR1 and RR1 are served by one pipeline, and PR2 and RR2 are served by another pipeline, or each tank (PR1, RR1, PR2, RR2) can be served by a separate pipeline.
Таблица 1. Состояния клапанов и давление Table 1. Valve states and pressure
Таблица 2. Объемы резервуаров Table 2. Tank volumes
[0158] Фиг. 4BB показывает двухслойный модуль 460 SWIIN, с корпусом, который содержит два узла сингуляции (узлы сингуляции на Фиг. 4AA не видны). Фиг. 4CC графически изображает четырехслойный модуль 465 SWIIN, содержащий четыре узла 420 сингуляции. Фиг. 4BB графически изображает устройство 466 Пельтье и вентилятор 467 с принудительным воздушным потоком 468, который может использоваться для поддержания желаемой температуры четырех узлов 420 сингуляции; однако следует отметить, что в многослойных SWIIN может использоваться комбинация систем, таких как охлаждение с обратной компрессией Ренкина или абсорбционные тепловые насосы. [0158] FIG. 4BB shows a two-
[0159] Фиг. 4DD представляет собой диаграмму примерной пневматической архитектуры для двухслойного SWIIN, показывающую вместе с Таблицами 1 и 2 один вариант осуществления пневматики, используемой для сингуляции или существенной сингуляции, роста, инициирования редактирования и нормализации клеток в модуле SWIIN, описанном со ссылкой на Фиг. 4BB. На Фиг. 4DD видны четыре резервуара пермеата (PR1, PR2, PR3 и PR4) и четыре резервуара удерживаемого вещества (RR1, RR2, RR3 и RR4). Имеется четыре реометра (FM1, FM2, FM3 и FM4), десять трехходовых электромагнитных клапанов («3SV»), датчик давления, опорный клапан для регулировки давления и насос, способный обеспечивать давление от -5 до 5 фунтов на кв.дюйм. NC означает «нормально закрытый», NO означает «нормально открытый», а C означает «закрытый». Таблица 1 для каждой стадии процесса концентрации клеток показывает состояние каждого клапана, показанного на Фиг. 4CC, и давление, определяемое датчиками давления 1 и 2. В Таблице 1 для насоса 1=вкл, а 0=выкл. Для электромагнитных клапанов 1=вкл, а 0=выкл. Таблица 2 для каждой стадии процесса концентрации клеток показывает объем в мл жидкости в каждом резервуаре (то есть в четырех резервуарах для удерживаемого вещества и в четырех резервуарах для пермеата). Показан перфорированный элемент 401, а также температурная зона 499. [0159] FIG. 4DD is a diagram of an exemplary pneumatic architecture for a two-layer SWIIN, showing, along with Tables 1 and 2, one embodiment of the pneumatics used to singulate or substantially singulate, grow, initiate editing, and normalize cells in the SWIIN module described with reference to FIG. 4BB. On FIG. 4DD shows four permeate reservoirs (PR1, PR2, PR3 and PR4) and four retention reservoirs (RR1, RR2, RR3 and RR4). There are four rheometers (FM1, FM2, FM3, and FM4), ten three-way solenoid valves ("3SV"), a pressure transducer, a pressure control reference valve, and a pump capable of delivering -5 to 5 psi. NC means "normally closed", NO means "normally open" and C means "closed". Table 1 for each step of the cell concentration process shows the status of each valve shown in FIG. 4CC and the pressure sensed by
[0160] В дополнение к устройству сингуляции клеток со сплошными стенками (SWIIN), описанному со ссылками на Фиг. 3A-3E и 4A-4BB, другие устройства сингуляции (или существенной сингуляции) клеток могут использоваться в мультимодульном инструменте для обработки клеток, таком как описанные в патентном документе US № 62/735365, озаглавленном как «Обнаружение отредактированных нуклеазами последовательностей в автоматизированных модулях и системах», поданном 24 сентября 2018 г., и в патентном документе US № 62/781112, озаглавленном как «Улучшенное обнаружение отредактированных нуклеазами последовательностей в автоматизированных модулях и системах», поданном 18 декабря 2018 г., которые включают в себя сингуляцию или существенную сингуляцию путем посева на агар-агаре, сингуляцию или существенную сингуляцию путем изолирования клеток на функционализированных островах, сингуляцию или существенную сингуляцию внутри водных капелек, переносимых в гидрофобной жидкости-носителе, или гелевых шариков в эмульсии (GEM, см., например, 10X Genomics, Плезентон, Калифорния), или сингуляцию или существенную сингуляцию внутри полимеризованного альгинатного каркаса (для этого варианта осуществления сингуляции см. также патентный документ US № 62/769805, озаглавленный как «Улучшенное обнаружение отредактированных нуклеазой последовательностей в автоматизированных модулях и инструментах посредством массовой клеточной культуры», поданный 20 ноября 2018 г.).[0160] In addition to the Solid Walled Cell Singulation Device (SWIIN) described with reference to FIG. 3A-3E and 4A-4BB, other cell singulation (or essential singulation) devices may be used in a multi-module cell processing tool such as those described in US Pat. ”, filed September 24, 2018, and in US patent document No. 62/781112, entitled “Improved detection of nuclease-edited sequences in automated modules and systems”, filed December 18, 2018, which include singulation or significant singulation by plating on agar-agar, singulation or substantial singulation by isolating cells on functionalized islands, singulation or substantial singulation within aqueous droplets carried in a hydrophobic carrier fluid, or gel beads in emulsion (GEM, see e.g. 10X Genomics, Pleasanton, California), or singulation or significant singulation in Utripolymerized alginate scaffold (for this singulation embodiment, see also US Patent Document No. 62/769805, entitled "Improved Detection of Nuclease-Edited Sequences in Automated Modules and Tools by Bulk Cell Culture", filed November 20, 2018).
Автоматизированные инструменты и модули для редактирования клеток Automated Cell Editing Tools and Modules
Автоматизированные инструменты для редактирования клетокAutomated Cell Editing Tools
[0161] Фиг. 5A изображает примерный автоматизированный мультимодульный инструмент 500 обработки клеток, предназначенный для, например, выполнения одного из примерных технологических процессов, описываемых ниже, содержащий один или более картриджей реагента, описанных в настоящем документе. Инструмент 500, например, может быть и предпочтительно проектируется как автономный настольный инструмент для использования в лабораторных условиях. Инструмент 500 может включать в себя смесь повторно используемых и одноразовых компонентов для выполнения различных интегрированных процессов при проведении автоматического расщепления генома и/или редактирования в клетках. Проиллюстрирован портал 502, обеспечивающий автоматизированную механическую систему перемещения (исполнительный механизм) (не показан), который обеспечивает управление перемещением по осям XYZ для, например, автоматизированной (то есть роботизированной) системы 558 обработки жидкости, включающей, например, пипеттор 532 с вытеснением воздухом, которая обеспечивает обработку клеток во множестве модулей без человеческого вмешательства. В некоторых автоматизированных мультимодульных инструментах обработки клеток пипеттор 532 с вытеснением воздухом перемещается порталом 502, а различные модули и картриджи реагента остаются неподвижными; однако в других вариантах осуществления система 558 обработки жидкости может оставаться неподвижной, в то время как различные модули и картриджи реагента перемещаются. Также в автоматизированный мультимодульный инструмент 500 для обработки клеток включается картридж 510 реагента, содержащий резервуары 512 и модуль 530 трансформации (например, проточное устройство электропорации, подробно описанное со ссылками на Фиг. 8A-8E), а также промывочный картридж 504, содержащий резервуары 506. Промывочный картридж 504 может быть выполнен с возможностью размещения больших пробирок, например, промывочных растворов или растворов, которые часто используются в итеративном процессе. В одном примере промывочный картридж 504 может быть выполнен с возможностью оставаться на месте, когда два или более картриджей 510 реагента последовательно используются и заменяются. Хотя картридж 510 реагента и промывочный картридж 504 показаны на Фиг. 5A как отдельные картриджи, содержимое промывочного картриджа 504 может быть включено в картридж 510 реагента. Картридж 510 реагента и промывочный картридж 504 могут быть идентичными, за исключением вставляемых в них расходных материалов (реагентов или других компонентов, содержащихся внутри различных вставок). Следует отметить, что в этом варианте осуществления модуль 530 трансформации содержится внутри картриджа 510 реагента; однако в альтернативных вариантах осуществления модуль 530 трансформации содержится внутри его собственного модуля или может быть частью другого модуля, такого как модуль выращивания. [0161] FIG. 5A depicts an exemplary automated multi-module
[0162] В некоторых реализациях промывочные картриджи и картриджи реагента 504 и 510 содержат одноразовые комплекты (одну или больше различных вставок и реагентов), предусмотренные для использования в автоматизированном мультимодульном инструменте 500 для обработки/редактирования клеток. Например, пользователь может открыть и установить каждый из картриджа 510 реагента и промывочного картриджа 504, содержащих различные желаемые вставки и реагенты, в шасси автоматизированного мультимодульного инструмента 500 для редактирования клеток перед активацией обработки клеток. [0162] In some implementations, the wash and
[0163] Также на Фиг. 5A проиллюстрирована автоматизированная система 558 обработки жидкости, включающая портал 502 и пипеттор 532 с воздушным вытеснением. В некоторых примерах автоматизированная система 558 может включать в себя автоматизированные системы обработки жидкости, производимые компанией Tecan Group Ltd., Маннедорф, Швейцария, компанией Hamilton Company, Рено, Невада (см., например, патентный документ WO2018015544A1), или компанией Beckman Coulter, Inc., Форт Коллинз, Колорадо (см. например, патентный документ US20160018427A1). Наконечники для пипеток могут быть предусмотрены в комплекте наконечников (не показан) для использования с пипеттором 532 с воздушным вытеснением.[0163] Also in FIG. 5A illustrates an automated
[0164] Вставки или компоненты промывочного картриджа и картриджа реагента 504, 510 в некоторых реализациях маркируются машиночитаемым кодом (не показан), таким как штриховой код, для распознавания автоматизированной системой 558. Например, роботизированная система 558 обработки жидкости может сканировать одну или несколько вставок в каждом из промывочного картриджа и картриджа реагента 504, 510 для подтверждения содержимого. В других реализациях машиночитаемые знаки могут быть нанесены на каждый из промывочного картриджа и картриджа реагента 504, 510, и система обработки (не показана, но см. элемент 526 на Фиг. 5B) автоматизированного мультимодульного инструмента 500 для редактирования клеток может идентифицировать карту хранящихся материалов на основе этих машиночитаемых знаков. Примерный автоматизированный мультимодульный инструмент 500 для обработки клеток, показанный на Фиг. 5A, дополнительно содержит модуль 534 выращивания клеток. (Все модули, кратко упомянутые здесь, будут более подробно описаны ниже). В варианте осуществления, проиллюстрированном на Фиг. 5A, модуль 534 выращивания клеток содержит два флакона 518, 520 для роста клеток (более подробно описанные ниже со ссылкой на Фиг. 6A-6D), а также модуль 522 концентрации клеток (подробно описываемый со ссылками на Фиг. 7A-7H). В альтернативных вариантах осуществления модуль 522 концентрации клеток может быть отдельным от модуля 534 выращивания клеток, например, может находиться в отдельном, специализированном модуле. Также в качестве части автоматизированного мультимодульного инструмента 500 для обработки клеток на Фиг. 5A показан модуль 540 сингуляции, обслуживаемый, например, роботизированной системой 558 обработки жидкости и пипеттором 532 с вытеснением воздухом. Также виден необязательный модуль 514 сборки/обессоливания нуклеиновых кислот, содержащий реакционную камеру или емкость для пробирки (не показаны) и магнит 516 для очистки нуклеиновых кислот с использованием, например, шариков с магнитной твердофазной обратимой иммобилизацией (SPRI) (Applied Biological Materials Inc., Ричмонд, Британская Колумбия. Модуль выращивания клеток, модуль концентрации клеток, модуль трансформации, картридж реагента и модуль сборки нуклеиновой кислоты описываются более подробно ниже, а примерный модуль сингуляции подробно описан выше со ссылками на Фиг. 3A-3E и 4A-4BB.[0164] The inserts or components of the flush cartridge and the
[0165] Фиг. 5B показывает вид сверху примерного мультимодульного инструмента 500 для обработки клеток, изображенного на Фиг. 5A. Исходные материалы на основе картриджа (например, в картридже 510 с реагентами), например, могут быть расположены в специально отведенных местах на платформе 502 инструмента 500 для доступа роботизированного манипулятора (не показан на этом чертеже). Как проиллюстрировано на Фиг. 5B, платформа может включать в себя защитный слив, так что загрязняющие вещества, проливающиеся, капающие или переливающиеся из любого из модулей инструмента 500, содержатся внутри буртика защитного слива. В дополнение к картриджу 510 реагента, на Фиг. 5B также видны промывочный картридж 504, модуль 540 сингуляции и часть модуля 534 выращивания. Также на этом изображении видны сенсорный экран 550, элементы управления 538 модуля преобразования, стойка 536 для электроники и система 526 обработки. [0165] FIG. 5B shows a plan view of the exemplary multi-module
[0166] Фиг. 5C-5D иллюстрируют вид сбоку и вид спереди, соответственно, мультимодульного инструмента 500 для обработки клеток, содержащего шасси 590 для использования в настольных версиях автоматизированного мультимодульного инструмента 500 для редактирования клеток. Например, шасси 590 может иметь ширину приблизительно 24-48 дюймов, высоту приблизительно 24-48 дюймов и глубину приблизительно 24-48 дюймов. Шасси 590 может быть и предпочтительно предназначено для размещения всех модулей и расходных материалов, используемых при автоматизированной обработке клеток, а также для выполнения всех необходимых процессов без вмешательства человека (то есть шасси 590 выполнено с возможностью обеспечения интегрированного автономного автоматизированного мультимодульного инструмента для обработки клеток). На шасси 590 может быть установлена роботизированная система 558 обработки жидкости для перемещения материалов между модулями. Как проиллюстрировано на Фиг. 5C, шасси 590 включает в себя крышку 552, имеющую ручку 554 и шарнир 556a (шарниры 556b и 556c видны на Фиг. 5D) для поднятия крышки 552 и получения доступа внутрь шасси 590. Охлаждающая решетка 564 (Фиг. 5C) позволяет воздуху проходить через внутренний вентилятор (не показан). Кроме того, шасси 590 поднимается с помощью регулируемых ножек 570a, 570c (ножки 570, 570b показаны на Фиг. 5D). Регулируемые ножки 570a-570c, например, могут обеспечивать дополнительный воздушный поток под шасси 590. Кнопка 566 управления в некоторых вариантах осуществления обеспечивает однокнопочный автоматический запуск и/или остановку обработки клеток в автоматизированном мультимодульном инструменте 500 для обработки клеток.[0166] FIG. 5C-5D illustrate side and front views, respectively, of a multi-module
[0167] Внутри шасси 590, в некоторых реализациях, роботизированная система 558 обработки жидкости располагается вдоль портала 502 над промывочным картриджем 504 (картридж 510 реагента на этих чертежах не показан). Схема управления, трубки для обработки жидкости, органы управления воздушным насосом, клапаны, тепловые блоки (например, блоки нагрева и охлаждения) и другие механизмы управления в некоторых вариантах осуществления расположены под платформой шасси 590, в области 568 блока управления. Также на Фиг. 5C и 5D видно устройство или модуль 540 сингуляции. Модуль 514 сборки нуклеиновой кислоты, содержащий магнит 516, виден на Фиг. 5D.[0167] Within the
[0168] Хотя это и не проиллюстрировано, в некоторых вариантах осуществления экран дисплея может располагаться на передней поверхности шасси 590, например покрывая часть крышки (например, см. дисплей 550 на Фиг. 5B). Экран дисплея может предоставлять пользователю информацию о статусе обработки автоматизированного мультимодульного инструмента 500 для редактирования клеток. В другом примере экран дисплея может принимать пользовательский ввод для проведения обработки клеток.[0168] Although not illustrated, in some embodiments, the display screen may be located on the front surface of the
Вращающийся модуль выращивания Rotary cultivation module
[0169] Фиг. 6A изображает один вариант осуществления вращающегося флакона 600 для выращивания для использования с описанным в настоящем документе модулем выращивания клеток. Вращающийся флакон 600 для выращивания является оптически прозрачным контейнером, имеющим открытый конец 604 для приема жидких сред и клеток, центральную область 606, которая определяет главный контейнер для выращивания клеток, сужающуюся область 618, определяющую по меньшей мере один световой путь 610, закрытый конец 616, и механизм 612 зацепления привода. Вращающийся флакон 600 для выращивания имеет центральную продольную ось 620, вокруг которой он вращается, и световой путь 610 обычно перпендикулярен продольной оси флакона. Первый световой путь 610 располагается в нижней сжатой части сужающейся области 618. Опционально некоторые варианты осуществления вращающегося флакона 600 для выращивания имеют второй световой путь 608 в конической части сужающейся области 618. Оба световых пути в этом варианте осуществления располагаются в той области вращающегося флакона для выращивания, которая постоянно заполнена клеточной культурой (клетки+среды для выращивания) и на которую не оказывает влияния частота вращения флакона для выращивания. Первый световой путь 610 является более коротким, чем второй световой путь 608, что позволяет проводить чувствительные измерения значений оптической плотности (OD), когда значения OD клеточной культуры во флаконе находятся на высоком уровне (например, позже в процессе роста клеток), тогда как второй световой путь 608 позволяет проводить чувствительные измерения значений OD, когда значения OD клеточной культуры во флаконе находятся на более низком уровне (например, на более ранней стадии процесса роста клеток). [0169] FIG. 6A depicts one embodiment of a
[0170] Механизм 612 зацепления привода зацепляется с двигателем (не показан), чтобы вращать пробирку. В некоторых вариантах осуществления электродвигатель приводит в действие механизм 612 зацепления привода, так что вращающийся флакон 600 для выращивания вращается только в одном направлении, а в других вариантах осуществления вращающийся флакон 600 для выращивания вращается в первом направлении в течение первого периода времени или с первой периодичностью, затем вращается во втором направлении (то есть в противоположном направлении) в течение второго промежутка времени или со второй периодичностью, и этот процесс может повторяться, так что вращающийся флакон 600 для выращивания (и содержащаяся в нем клеточная культура) подвергается колебательному движению. Кроме того, подвергается ли культура колебаниям, и периодичность этих колебаний могут задаваться пользователем. Первое количество времени и второе количество времени могут быть одинаковыми или отличающимися друг от друга. Количество времени может составлять 1, 2, 3, 4, 5 или более секунд, или может составлять 1, 2, 3, 4 или более минут. В другом варианте осуществления на ранней стадии роста клеток вращающийся флакон 600 для выращивания может колебаться с первой периодичностью (например, каждые 60 с), а затем, на более поздней стадии роста клеток, вращающийся флакон 600 для выращивания может колебаться со второй периодичностью (например, каждую секунду), отличающейся от первой периодичности. [0170] The
[0171] Вращающийся флакон 600 для выращивания может быть повторно используемым или, предпочтительно, одноразовым. В некоторых вариантах осуществления вращающийся флакон для выращивания является одноразовым и предоставляется пользователю предварительно заполненным средой для выращивания и герметично запечатанным фольгой на открытом конце 604. Заполненный средой вращающийся флакон для выращивания, упакованный таким образом, может быть частью комплекта для использования с автономным устройством выращивания клеток или с модулем выращивания клеток, который является частью мультимодульной автоматизированной системы обработки клеток. Для того чтобы ввести клетки в пробирку, пользователь должен лишь отмерить пипеткой желаемый объем клеток и ввести его во флакон, проткнув кончиком пипетки фольгу. Открытый конец 604 опционально может включать в себя удлиненную кромку 602 для перекрытия и взаимодействия с устройством для выращивания клеток. В автоматизированных системах вращающийся флакон 600 для выращивания может быть помечен штриховым кодом или другими средствами идентификации, которые могут читаться с помощью сканера или камеры (не показаны), которые являются частью автоматизированной системы. [0171] Rotating
[0172] Объем вращающегося флакона 600 для выращивания и объем клеточной культуры (включая среду для выращивания) могут изменяться в значительной степени, но объем вращающегося флакона 600 для выращивания должен быть достаточно большим для того, чтобы производить заданное общее количество клеток. На практике объем вращающегося флакона 600 для выращивания может составлять 1-250 мл, 2-100 мл, 5-80 мл, 10-50 мл или 12-35 мл. Аналогичным образом, объем клеточной культуры (клетки+среды для выращивания) должен быть подходящим для того, чтобы обеспечить надлежащее аэрирование и смешивание во вращающемся флаконе 600 для выращивания. Надлежащее аэрирование способствует равномерному клеточному дыханию в питательной среде. Таким образом, объем клеточной культуры должен составлять приблизительно 5-85% от объема флакона для выращивания или 20-60% от объема флакона для выращивания. Например, для флакона объемом 30 мл объем клеточной культуры может составлять от приблизительно 1,5 мл до приблизительно 26 мл, или от 6 мл до приблизительно 18 мл. [0172] The volume of the
[0173] Вращающийся флакон 600 для выращивания предпочтительно изготавливается из биологически совместимого оптически прозрачного вещества, или по меньшей мере та часть флакона, которая содержит световой путь (пути), является прозрачной. Кроме того, материал, из которого изготавливается вращающийся флакон для выращивания, должен быть в состоянии охлаждаться до приблизительно 4°C или ниже и нагреваться до приблизительно 55°C или выше, чтобы обеспечить возможность как анализа клеток на основе температуры, так и длительного хранения при низких температурах. Кроме того, материал, который используется для изготовления флакона, должен быть в состоянии выдерживать температуры вплоть до 55°C без деформации при вращении. Подходящие материалы включают в себя сополимер циклического олефина (COC), стекло, поливинилхлорид, полиэтилен, полиамид, полипропилен, поликарбонат, полиметилметакрилат (PMMA), полисульфон, полиуретан, а также сополимеры этих и других полимеров. Предпочтительные материалы включают в себя полипропилен, поликарбонат или полистирол. В некоторых вариантах осуществления вращающийся флакон для выращивания недорого изготавливается, например, путем литья под давлением или экструдирования.[0173] The
[0174] Фиг. 6B представляет собой вид в перспективе одного варианта осуществления устройства 630 для выращивания клеток. Фиг. 6C изображает вид в разрезе устройства 630 для выращивания клеток, показанного на Фиг. 6B. На обоих чертежах вращающийся флакон 600 для выращивания располагается внутри главного корпуса 636 с удлиненной кромкой 602 вращающегося флакона 600 для выращивания, проходящей выше главного корпуса 636. Кроме того, на обоих чертежах показаны концевые кожухи 652, нижний корпус 632 и фланцы 634. Фланцы 634 используются для присоединения устройства 630 для выращивания клеток к средствам нагрева/охлаждения или другой структуре (не показаны). Фиг. 6C показывает дополнительные детали. На Фиг. 6C показаны верхний подшипник 642 и нижний подшипник 640, расположенные внутри главного корпуса 636. Верхний подшипник 642 и нижний подшипник 640 поддерживают вертикальную нагрузку вращающегося флакона 600 для выращивания. Нижний корпус 632 содержит приводной двигатель 638. Устройство 630 для выращивания клеток, изображенное на Фиг. 6C, содержит два световых пути: первичный световой путь 644 и вторичный световой путь 650. Световой путь 644 соответствует световому пути 610, расположенному в сжатой части сужающейся части вращающегося флакона 600 для выращивания, а световой путь 650 соответствует световому пути 608 в конической части сужающейся части вращающегося флакона 6001 для выращивания. Световые пути 610 и 608 не показаны на Фиг. 6C, но видны на Фиг. 6A. В дополнение к световым путям 644 и 640 имеется эмиссионная плата 648 для освещения светового пути (путей) и детекторная плата 646 для обнаружения света после того, как он пройдет через жидкость клеточной культуры во вращающемся флаконе 600 для выращивания.[0174] FIG. 6B is a perspective view of one embodiment of a
[0175] Двигатель 638 зацепляются с приводным механизмом 612 и используется для вращения вращающегося флакона 600 для выращивания. В некоторых вариантах осуществления двигатель 638 является бесщеточным двигателем постоянного тока со встроенными средствами управления, которые могут быть настроены для поддержания постоянной скорости вращения от 0 до приблизительно 3000 об/мин. Альтернативно могут использоваться другие типы двигателей, такие как шаговый, сервомотор, щеточный двигатель постоянного тока и т.п. Опционально двигатель 638 может также иметь управление направлением, обеспечивающее реверсирование, а также тахометр для измерения и передачи фактической скорости вращения. Двигателем управляет процессор (не показан) в соответствии, например, со стандартными протоколами, запрограммированными в процессор, и/или данными, введенными пользователем, и двигатель может быть выполнен с возможностью изменения скорости вращения, чтобы вызвать осевую прецессию клеточной культуры, улучшая тем самым смешивание, например, для предотвращения скопления клеток, увеличения аэрации и оптимизации клеточного дыхания.[0175] The
[0176] Главный корпус 636, концевые кожухи 652 и нижний корпус 632 устройства 630 для выращивания клеток могут быть изготовлены из любого подходящего жесткого материала, включая алюминий, нержавеющую сталь и другие термопроводящие материалы, включая пластмассы. Эти структуры или их части могут быть созданы с помощью различных методик, например, металлообработки, литья под давлением, создание структурных слоев с последующим их сплавлением и т.д. В то время как в некоторых вариантах осуществления предполагается, что вращающийся флакон 600 для выращивания будет многоразовым, но предпочтительно является расходным, другие компоненты устройства 630 для выращивания клеток предпочтительно являются многоразовыми и функционируют как автономное настольное устройство или как модуль в многомодульной системе обработки клеток. [0176] The
[0177] Процессор (не показан) устройства 630 для выращивания клеток может быть запрограммирован информацией, используемой в качестве «холостого опыта» или контроля для выращиваемой клеточной культуры. «Холостой опыт» или контроль представляет собой сосуд, содержащий только среду роста клеток, что дает 100%-ную прозрачность и нулевую OD, в то время как образец с клетками будет отклонять лучи света и будет иметь более низкую прозрачность и более высокую OD. По мере того, как клетки растут в среде и становятся более плотными, прозрачность будет уменьшаться, а OD увеличиваться. Процессор (не показан) устройства 630 для выращивания клеток может быть запрограммирован так, чтобы использовать значения длины волны для контроля, соответствующие средам для выращивания, обычно используемым для конкретной клеточной культуры (например, для клеток млекопитающих, бактериальных клеток, животных клеток, дрожжевых клеток и т.д.). Альтернативно в устройство 630 для выращивания клеток могут быть включены второй спектрофотометр и сосуд, где второй спектрофотометр используется для считывания холостого опыта с заданными интервалами. [0177] The processor (not shown) of the
[0178] Фиг. 6D иллюстрирует устройство 630 для выращивания клеток в качестве части узла, содержащего устройство 630 для выращивания клеток, изображенное на Фиг. 6B, соединенное с источником 690 света, детектором 692 и термокомпонентами 694. Вращающийся флакон 600 для выращивания вставляется в устройство для выращивания клеток. Компоненты источника 690 света и детектора 692 (например, такие как фотодиод с регулировкой усиления для покрытия 5-log) присоединяются к главному корпусу устройства для выращивания клеток. Показаны нижний корпус 632, который вмещает в себя двигатель, вращающий вращающийся флакон 600 для выращивания, а также один из фланцев 634, который крепит устройство 630 для выращивания клеток к узлу. Кроме того, показаны термокомпоненты 694, представляющие собой устройство Пельтье или термоэлектрический холодильник. В этом варианте осуществления терморегулирование осуществляется путем присоединения и электрической интеграции устройства 630 для выращивания клеток с термокомпонентами 694 посредством фланца 634 на основании нижнего корпуса 632. Термоэлектрические холодильники способны «качать» тепло в любую сторону соединения, охлаждая или нагревая поверхность в зависимости от направления электрического тока. В одном варианте осуществления термистор используется для измерения температуры главного корпуса, а затем с помощью стандартного контура электронного пропорционально-интегрально-дифференциального (PID) регулятора температура вращающегося флакона 600 для выращивания регулируется с точностью приблизительно +/-0,5°C. [0178] FIG. 6D illustrates a
[0179] При использовании клетки инокулируются (они могут быть пипетированы, например, из автоматизированной системы обработки жидкости или пользователем) в предварительно заполненный питательной средой вращающийся флакон 600 для выращивания путем прокалывания фольги или пленки. Программное обеспечение устройства 630 для выращивания клеток устанавливает контрольную температуру для роста, обычно 30°C, а затем медленно запускает вращение вращающегося флакона 600 для выращивания. Смесь клеток/питательной среды медленно перемещается вертикально вверх по стенке благодаря центробежной силе, что позволяет вращающемуся флакону 600 для выращивания подвергать большую площадь поверхности смеси воздействию нормальной кислородной среды. Система мониторинга роста снимает показания OD постоянно или через заранее заданные или заранее запрограммированные интервалы времени. Эти измерения сохраняются во внутренней памяти, и при необходимости программное обеспечение строит график зависимости измерений от времени для отображения кривой роста. Если требуется улучшенное смешивание, например, для оптимизации условий роста, скорость вращения флакона может варьироваться для того, чтобы вызвать осевую прецессию жидкости, и/или изменение направления вращения может выполняться с запрограммированными интервалами. Мониторинг роста может быть программирован так, чтобы автоматически завершать стадию роста при предопределенной OD, а затем быстро охлаждать смесь до более низкой температуры, чтобы затормозить дальнейший рост.[0179] In use, the cells are inoculated (they can be pipetted, for example, from an automated fluid handling system or by the user) into a
[0180] Одно из применений устройства 630 для выращивания клеток заключается в постоянном измерении оптической плотности растущей клеточной культуры. Одно преимущество описанного устройства для выращивания клеток состоит в том, что оптическая плотность может измеряться непрерывно (мониторинг кинетики) или с конкретными временными интервалами; например, каждые 5, 10, 15, 20, 30 45 или 60 с, или каждые 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 мин. В то время как устройство 630 для выращивания клеток было описано в контексте измерения оптической плотности (OD) растущей клеточной культуры, специалисту в данной области техники с учетом настоящего описания должно быть понятно, что другие параметры роста клеток могут измеряться в дополнение к OD клеточной культуры или вместо нее. Как и в случае с необязательной мерой роста клеток в связи с устройством или модулем со сплошной стенкой, описанной выше, спектроскопия с использованием видимого, УФ или ближнего инфракрасного (NIR) света позволяет контролировать концентрацию питательных веществ и/или отходов в клеточной культуре и другие спектральные измерения; то есть другие спектральные свойства могут быть измерены, например, с помощью спектроскопии диэлектрического импеданса, видимой флуоресценции, поляризации флуоресценции или люминесценции. Кроме того, устройство 630 для выращивания клеток может включать в себя дополнительные датчики для измерения, например, растворенного кислорода, диоксида углерода, значения pH, удельной электропроводности и т.п.[0180] One application of the
Модуль концентрации клетокCell Concentration Module
[0181] В автоматизированный многомодульный инструмент для обработки клеток, изображенный на Фиг. 5A-5D, входит модуль 522 концентрации клеток. Фиг. 7A – 7H изображают вариации одного варианта осуществления модуля концентрации клеток/обмена буфера, который использует фильтрацию с тангенциальным потоком. Описанный в настоящем документе модуль концентрации клеток работает с использованием фильтрации с тангенциальным потоком (TFF), также известной как фильтрация с поперечным потоком, в которой большая часть питания течет касательно по поверхности фильтра, уменьшая тем самым образование осадка (удерживаемого вещества) по сравнению с непроточной фильтрацией, в которой питание поступает в фильтр. Вторичные потоки по отношению к главному питанию также используются для создания сил сдвига, которые предотвращают образование фильтрационной корки и засорение мембраны, максимизируя таким образом извлечение частиц, как описано ниже. [0181] In the automated multi-module cell processing tool shown in FIG. 5A-5D, a
[0182] Описанное в настоящем документе устройство TFF было разработано с учетом двух главных конструктивных соображений. Во-первых, геометрия устройства TFF приводит к фильтрованию клеточной культуры на большой площади поверхности, чтобы минимизировать продолжительность обработки. Во-вторых, конструктивное решение устройства TFF выполнено с возможностью минимизации засорения фильтра. Фиг. 7A показывает общую модель 750 фильтрации с тангенциальным потоком. Устройство TFF работает с использованием фильтрации с тангенциальным потоком, также известной как фильтрация с поперечным потоком. Фиг. 7A показывает клетки, текущие над мембраной 754, где поток питания клеток 752 в среде или буфере является параллельным к мембране 754. TFF отличается от непроточной фильтрации, где как поток питания, так и перепад давления перпендикулярны мембране или фильтру. [0182] The TFF device described herein was designed with two main design considerations in mind. First, the geometry of the TFF device results in cell culture filtration over a large surface area to minimize processing time. Second, the design of the TFF device is designed to minimize filter clogging. Fig. 7A shows a general tangential
[0183] Фиг. 7B изображает вид сверху нижнего элемента 720 одного варианта осуществления примерного устройства/модуля TFF, обеспечивающего фильтрацию с тангенциальным потоком. Как можно видеть на Фиг. 7B, нижний элемент 720 устройства/модуля TFF содержит канальную структуру 716, содержащую канал потока, через который течет клеточная культура. Канальная структура 716 содержит единственный канал 702b потока. (Следует отметить, что канал потока в целом обозначен как 702, часть канала потока в верхнем элементе 722 устройства TFF обозначена как 702a, а часть канала потока в нижнем элементе 720 устройства TFF обозначена как 702b). Этот конкретный вариант осуществления содержит канальную конфигурацию 714, например, имеющую волнообразную змеевидную геометрию (то есть небольшие «колебания» в канале 702 потока) и змеевидный «зигзагообразный» рисунок, в котором канал 702b потока пересекает нижний элемент 720 устройства TFF от одного конца в левой части устройства до другого конца в правой части устройства. Этот змеевидный рисунок обеспечивает фильтрацию на большой площади поверхности относительно размера устройства и полного объема канала, в то время как волнистость создает вторичный инерционный поток, обеспечивающий эффективную регенерацию мембраны и предотвращающий ее засорение. Хотя в данном случае проиллюстрированы волнообразная геометрия и змеевидный рисунок иллюстрируются здесь, могут использоваться и другие канальные конфигурации 714, если канал 702 потока может быть разделен мембраной, как обсуждается ниже, и если канальная конфигурация 714 обеспечивает поток клеток через модуль TFF в чередующихся направлениях. Порталы 704 и 706 являются частью канальной структуры 716 за счет работы клеток, проходящих через канал 702 потока. Обычно порталы 704 собирают клетки, проходящие через канал 702 потока на одной стороне мембраны (не показано) («удерживаемое вещество»), а порталы 706 собирают среду («фильтрат» или «пермеат»), проходящий через канал 702 потока на противоположной стороне мембраны (не показано). В этом варианте осуществления углубления 708 вмещают винты или другие крепежные детали (не показаны), которые позволяют прикреплять компоненты устройства TFF друг к другу. [0183] FIG. 7B depicts a plan view of the
[0184] Длина 710 и ширина 712 канальной структуры 716 может варьироваться в зависимости от объема выращиваемой клеточной культуры и оптической плотности концентрируемой клеточной культуры. Длина 710 канальной структуры 716 обычно составляет от 1 мм до 300 мм, или от 50 мм до 250 мм, или от 60 мм до 200 мм, или от 70 мм до 150 мм, или от 80 мм до 100 мм. Ширина 712 канальной структуры 716 обычно составляет от 1 мм до 120 мм, или от 20 мм до 100 мм, или от 30 мм до 80 мм, или от 40 мм до 70 мм, или от 50 мм до 60 мм. Конфигурация поперечного сечения канала 702 потока может быть круглой, эллиптической, овальной, квадратной, прямоугольной, трапециевидной или нерегулярной. Если поперечное сечение является квадратным, прямоугольным, или имеет другую форму с прямыми сторонами, оно может иметь ширину от приблизительно 10 мкм до 1000 мкм, или от 200 мкм до 800 мкм, или от 300 мкм до 700 мкм, или от 400 мкм до 600 мкм; и высоту от приблизительно 10 мкм до 1000 мкм, или от 200 мкм до 800 мкм, или от 300 мкм до 700 мкм, или от 400 мкм до 600 мкм. Если поперечное сечение канала 702 потока является в целом круглым, овальным или эллиптическим, гидравлический радиус канала может составлять от приблизительно 50 мкм до 1000 мкм, или от 5 мкм до 800 мкм, или от 200 мкм до 700 мкм, или от 300 мкм до 600 мкм, или от приблизительно 200 до 500 мкм.[0184] The
[0185] На виде сверху нижнего элемента 720 устройства/модуля TFF на Фиг. 7B, можно заметить, что имеется два портала 704 для удерживаемого вещества и два портала 706 для фильтрата, причем на обоих концах (например, узких краях) устройства/модуля 700 TFF имеется по одному порталу каждого типа. В других вариантах осуществления порталы для удерживаемого вещества и для фильтрата могут находиться на одной и той же поверхности одного и того же элемента (например, верхнего элемента 722 или нижнего элемента 720), или они могут быть расположены на боковых поверхностях узла. В отличие от других фильтрующих устройств с тангенциальным потоком, которые функционируют непрерывно, описанное в настоящем документе устройство/модуль TFF использует способ переменного потока для концентрирования клеток. Фиг. 7C изображает вид сверху верхнего (722) и нижнего (720) элементов примерного модуля 700 TFF. Нижняя часть канала 702b потока видна на верхней поверхности нижнего элемента 720. Также видны порталы 704 и 706. Как было отмечено выше, углубления, такие как углубления 708 на Фиг. 7B, обеспечивают средство крепления компонентов (верхнего элемента 722, нижнего элемента 720 и мембраны 724) устройства/мембраны 700 TFF друг к другу во время работы посредством, например, винтов или других подобных крепежных элементов. Однако в альтернативных вариантах осуществления для соединения верхнего элемента 722, нижнего элемента 720 и мембраны 724 вместе может использоваться клейкое вещество, такое как чувствительное к давлению клейкое вещество, или ультразвуковая сварка, или соединение с помощью растворителя. На самом деле специалист в данной области техники, ознакомившись с настоящим раскрытием, может найти и другие конфигурации для соединения компонентов устройства 700 TFF, такие как, например, зажимы; сопряженные фитинги, расположенные на верхнем (722) и нижнем (720) элементах; комбинация клея, сварки, соединения с помощью растворителя и сопряженных фитингов; и другие подобные крепежные детали и соединения.[0185] In a plan view of the
[0186] Следует отметить, что на Фиг. 7C показан один портал 704 для удерживаемого вещества и один портал 706 для фильтрата на каждом «конце» (например, на узких краях) устройства/модуля 700 TFF. Порталы 704 для удерживаемого вещества и 706 для фильтрата на левой стороне устройства/модуля 700 TFF будут собирать клетки (поток 760 из верхнего элемента 722) и среду (поток 770 из нижнего элемента 720), соответственно, когда клетки и носитель будут течь справа налево в модуле 700 TFF. Аналогичным образом порталы 704 для удерживаемого вещества и 706 для фильтрата на правой стороне устройства/модуля 700 TFF будут собирать клетки (поток 760) и среду (поток 770), соответственно, когда клетки и носитель будут течь слева направо в устройстве TFF. В этом варианте осуществления удерживаемое вещество собирается из порталов 704 на верхней поверхности устройства TFF, а фильтрат собирается из порталов 706 на нижней поверхности устройства. Клетки поддерживаются в канале 702a потока TFF (показанном на Фиг. 7D) над мембраной 724, в то время как фильтрат (среда) течет через мембрану 724, а затем через порталы 706 для фильтрата; таким образом конфигурация с верхними порталами 704 для удерживаемого вещества и нижними порталами 706 для фильтрата является практичной. Однако следует понимать, что могут быть реализованы другие конфигурации порталов 704 для удерживаемого вещества и 706 для фильтрата, такие как размещение обоих порталов 704 для удерживаемого вещества и 706 для фильтрата на боковой поверхности (в отличие от верхней и нижней поверхностей) устройства 700 TFF. На Фиг. 7C, канал 702b потока виден на нижнем элементе 720 устройства 700 TFF. Однако в других вариантах осуществления порталы 704 для удерживаемого вещества и 706 для фильтрата могут находиться на одной и той же поверхности устройства TFF.[0186] It should be noted that in FIG. 7C shows one
[0187] Общий рабочий процесс для концентрации клеток с использованием устройства/модуля 700 TFF включает прохождение культуры клеток или образца клеток по касательной через канальную структуру 716. Мембрана 724, разделяющая каналы 702 потока, удерживает клетки на одной стороне мембраны и позволяет нежелательной среде или буферу течь через мембрану на сторону фильтрата (например, нижнего элемента 720) устройства 700 TFF. В этом процессе фиксированный объем клеток в среде или буфере пропускается через устройство до тех пор, пока образец клеток не будет собран в один из порталов 704 для удерживаемого вещества, а среда/буфер, прошедшие через мембрану, не будут собраны через один или оба из порталов 706 для фильтрата. Все типы прокариотических и эукариотических клеток - как прилипающие, так и неприлипающие - могут быть сконцентрированы в устройстве TFF. Прилипающие клетки можно выращивать на шариках или других клеточных каркасах, суспендированных в среде во вращающемся флаконе для выращивания, а затем пропускать через устройство TFF. [0187] The general workflow for cell concentration using the TFF device/
[0188] В процессе концентрации клеток прохождение образца клеток через устройство TFF и сбор клеток в одном из порталов 404 для удерживаемого вещества при сборе среды в одном из порталов 706 для фильтрата считается «одним проходом» образца клеток. Перенос между резервуарами для удерживаемого вещества «переворачивает» культуру. Порталы для удерживаемого вещества и фильтрата, собирающие клетки и среду, соответственно, для данного прохода располагаются на одном конце устройства/модуля 700 TFF с жидкостными соединениями, расположенными так, чтобы было два отдельных слоя потока (не показаны) для сторон удерживаемого вещества и фильтрата, но если портал 404 для удерживаемого вещества находится на верхнем элементе 722 устройства/модуля 700 TFF (то есть клетки перемещаются через канал 702a потока (не показан) над мембраной, а фильтрат (среда) проходит в часть канала 702b потока под мембраной), портал 706 для фильтрата будет находиться на нижнем элементе устройства/модуля 700 TFF, и наоборот (то есть если образец клеток проходит через канал 702b потока под мембраной, то фильтрат (среда) проходит в часть канала 702a потока над мембраной). Эта конфигурация более ясно показана на Фиг. 7C - 7D, где путь 760 потока удерживаемого вещества проходит через порталы 704 для удерживаемого вещества, а путь 770 потока фильтрата проходит через порталы 706 для фильтрата. [0188] In the cell concentration process, passing a cell sample through the TFF device and collecting cells in one of the
[0189] В конце «прохода» образец клеток собирается при прохождении через портал 704 для удерживаемого вещества в резервуар для удерживаемого вещества (не показан). Для инициирования другого «прохода» образец клеток снова пропускается через устройство 700 TFF, на сей раз с противоположным направлением потока по сравнению с первым проходом. Образец клеток собирается при прохождении через портал 704 для удерживаемого вещества в резервуар для удерживаемого вещества (не показан) на противоположном конце устройства/модуля 700 TFF из портала 704 для удерживаемого вещества, который использовался для сбора клеток во время первого прохода. Аналогичным образом, среда/буфер, которая проходит через мембрану во втором проходе, собирается через портал 706 для фильтрата на противоположном конце устройства/модуля 700 TFF из портала 706 для фильтрата, который использовался для сбора фильтрата во время первого прохода, или через оба портала. Этот чередующийся процесс пропускания удерживаемого вещества (концентрированного образца клеток) через устройство/модуль 700 TFF повторяется до тех пор, пока клетки не будут сконцентрированы до желаемого объема, и оба портала 706 для фильтрата могут быть открытыми во время проходов, чтобы сократить время работы. Кроме того, замена буфера может быть произведена путем добавления желаемого буфера (или свежей среды) к образцу клеток в резервуаре для удерживаемого вещества до начала следующего «прохода» и повторения этого процесса до тех пор, пока старая среда или буфер не будут разбавлены и отфильтрованы, и клетки не будут находиться в свежей среде или буфере. Следует отметить, что замена буфера и концентрация клеток могут выполняться (и обычно выполняются) одновременно.[0189] At the end of the "passage", a cell sample is collected as it passes through the
[0190] На Фиг. 7C также видна мембрана или фильтр 724. Фильтры или мембраны, подходящие для использования в устройстве/модуле 700 TFF, должны быть стойкими к растворителям, не содержать загрязнений во время фильтрации и быть в состоянии удерживать интересующие типы и размеры клеток. Например, для удержания малых клеток, таких как бактериальные клетки, размеры пор могут составлять всего 0,2 мкм, однако для других типов клеток размеры пор могут составлять 5 мкм. На самом деле, размеры пор, полезные в устройстве/модуле 700 TFF, включают в себя фильтры 724 с размерами пор 0,20 мкм, 0,21 мкм, 0,22 мкм, 0,23 мкм, 0,24 мкм, 0,25 мкм, 0,26 мкм, 0,27 мкм, 0,28 мкм, 0,29 мкм, 0,30 мкм, 0,31 мкм, 0,32 мкм, 0,33 мкм, 0,34 мкм, 0,35 мкм, 0,36 мкм, 0,37 мкм, 0,38 мкм, 0,39 мкм, 0,40 мкм, 0,41 мкм, 0,42 мкм, 0,43 мкм, 0,44 мкм, 0,45 мкм, 0,46 мкм, 0,47 мкм, 0,48 мкм, 0,49 мкм, 0,50 мкм и больше. Фильтры 724 могут быть изготовлены от любого подходящего инертного материала, включая смешанный эфир целлюлозы (нитрат и ацетат целлюлозы) (CME), поликарбонат (PC), поливинилиденфторид (PVDF), полиэфирсульфон (PES), политетрафторэтилен (PTFE), нейлон, стекловолокно или металлические субстраты, как в случае лазерного или электрохимического травления. Устройство 700 TFF, показанное на Фиг. 7C и 7D, не показывает гнездо в верхнем 722 и нижнем 720 элементах, где фильтр 724 может быть установлен или закреплен (например, гнездо на половину толщины фильтра 724 в каждом из верхнего 722 и нижнего 720 элементов); однако такое гнездо предусматривается в некоторых вариантах осуществления.[0190] In FIG. 7C also shows the membrane or
[0191] Фиг. 7D изображает вид снизу верхнего элемента 722 и нижнего элемента 720 примерного модуля TFF, показанного на Фиг. 7C. Также видны порталы 704 и 706. Следует отметить, что имеется один портал 704 для удерживаемого вещества и один портал 706 для фильтрата на каждом конце верхнего элемента 722 и нижнего элемента 720 устройства/модуля 700 TFF (не все порталы видны на этом чертеже). На левой стороне устройства 700 TFF порталы 704 для удерживаемого вещества будут собирать клетки (поток 760), а порталы 706 для фильтрата будут собирать среду (поток 770), соответственно, для одного и того же прохода. Аналогичным образом, на правой стороне устройства 700 TFF порталы 704 для удерживаемого вещества будут собирать клетки (поток 760), а порталы 706 для фильтрата будут собирать среду (поток 770), соответственно, для одного и того же прохода. На Фиг. 7D верхняя часть канала 702a потока видна на нижней поверхности верхнего элемента 722 устройства 700 TFF. Таким образом, на Фиг. 7C и 7D имеется канал 702 потока как в верхнем элементе 722 (канал 702a потока на Фиг. 7D), так и в нижнем элементе 722 (канал 702b потока на Фиг. 7C) с мембраной 724 между верхним 722 и нижним 720 элементами. Опять же, каналы 702a и 702b потока верхнего 722 и нижнего 720 элементов сопрягаются для создания канала 702 потока с мембраной 724, расположенной горизонтально между верхним и нижним элементами устройства/модуля TFF, разделяя тем самым канал 702 потока (не показано).[0191] FIG. 7D is a bottom view of the
[0192] Замена буфера во время концентрации клеток и/или придания клеткам компетентности выполняется на устройстве/модуле 700 TFF путем добавления желаемого буфера к клеткам, сконцентрированным до желаемого объема; например, после того, как клетки были сконцентрированы по меньшей мере в 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200 раз и более. Желаемая обменная среда или обменный буфер добавляется к клеткам путем добавления в резервуар для удерживаемого вещества (не показан), и процесс пропускания клеток через устройство 700 TFF повторяется до тех пор, пока клетки не будут сконцентрированы до желаемого объема в обменной среде или буфере. Этот процесс может быть повторен любое желаемое количество раз для того, чтобы достичь желаемого уровня замены буфера и желаемого объема клеток. Обменный буфер может содержать, например, глицерин или сорбит, делая тем самым клетки компетентными для трансформации в дополнение к уменьшению общего объема образца клеток.[0192] Buffer exchange during cell concentration and/or cell competency is performed on the TFF device/
[0193] Устройство 700 TFF может быть изготовлено из любого прочного материала, в котором могут быть выфрезерованы каналы потока, включая нержавеющую сталь, кремний, стекло, алюминий, или пластмассы, включая сополимер циклического олефина (COC), циклоолефиновый полимер (COP), полистирол, поливинилхлорид, полиамид, полиэтилен, полипропилен, акрилонитрилбутадиен, поликарбонат, полиэфирэфиркетон (PEEK), поли(метилметакрилат) (PMMA), полисульфон и полиуретан, а также сополимеры этих и других полимеров. Если устройство/модуль 700 TFF является одноразовым, оно предпочтительно делается из пластмассы. В некоторых вариантах осуществления материал, используемый для изготовления устройства/модуля 700 TFF, является термопроводящим, так что клеточная культура может нагреваться или охлаждаться до желаемой температуры. В некоторых вариантах осуществления устройство 700 TFF формируется путем прецизионной механической обработки, лазерной обработки, электроэрозионной обработки (для металлических устройств); влажного или сухого травления (для кремниевых устройств); сухого или влажного травления, порошковой или пескоструйной обработки, фотоструктурирования (для изделий из стекла); или термоформования, литья под давлением, горячего тиснения или лазерной обработки (для пластиковых устройств) с использованием материалов, упомянутых выше, которые поддаются этим способам массового производства. [0193] The 700 TFF can be made from any durable material in which flow channels can be milled, including stainless steel, silicon, glass, aluminum, or plastics, including cyclic olefin copolymer (COC), cycloolefin polymer (COP), polystyrene , polyvinyl chloride, polyamide, polyethylene, polypropylene, acrylonitrile butadiene, polycarbonate, polyether ether ketone (PEEK), poly(methyl methacrylate) (PMMA), polysulfone and polyurethane, as well as copolymers of these and other polymers. If the TFF device/
[0194] Фиг. 7E изображает разобранный вид в перспективе одного примерного варианта осуществления модуля TFF, гидравлически связанного с резервуарами для удерживаемого вещества, фильтрата и обменного буфера. В этой конфигурации 790 указывает верхнюю часть или крышку устройства TFF, имеющую три отверстия 766, где кончик пипетки 768 расположен в самом левом отверстии 766. Верхняя часть 790 устройства TFF при работе связана с объединенной структурой 764 резервуара и верхнего элемента. Объединенная структура 764 резервуара и верхнего элемента содержат верхнюю поверхность, которая при работе является смежной с верхней частью или крышкой 790 устройства TFF, нижнюю поверхность, которая содержит верхний элемент 722 устройства TFF, где верхний элемент 722 устройства TFF определяет верхнюю часть канала тангенциального потока (не показан). Объединенная структура 764 резервуара и верхнего элемента содержит два резервуара 772 для удерживаемого вещества и резервуар 774 для буфера или среды. Резервуары 772 для удерживаемого вещества гидравлически связаны с верхней частью канала потока, а резервуар 774 для буфера или среды гидравлически связан с резервуарами 772 для удерживаемого вещества. Также на этом разобранном виде устройства TFF виден нижний элемент 720, который, как было описано ранее, содержит на своей верхней поверхности нижнюю часть канала 702b тангенциального потока (видный на верхней поверхности нижнего элемента 720), где верхняя и нижняя части канала 702 потока верхнего элемента 722 и нижнего элемента 720, соответственно, при соединении формируют единственный канал 702 потока (мембрана, которая располагается между верхним элементом 722 и нижним элементом 720 при работе, не показана). [0194] FIG. 7E is an exploded perspective view of one exemplary embodiment of a TFF module in fluid communication with the retention, filtrate, and exchange buffer reservoirs. In this configuration, 790 indicates the top or lid of the TFF device having three
[0195] Под нижним элементом 720 находится уплотнение 792, которое при работе располагается между нижним элементом 720 и резервуаром 762 для фильтрата (или пермеата). При работе верхняя часть 790, объединенная структура 764 резервуара и верхнего элемента, мембрана (не показана), нижний элемент 720, уплотнение 792 и резервуар 762 для фильтрата соединяются и закрепляются вместе так, чтобы они были непроницаемыми для жидкости и для воздуха. На Фиг. 7E показаны застежки, которые могут использоваться для соединения вместе различных структур (верхней части 790, объединенной структуры 764 резервуара и верхнего элемента, мембраны (не показана), нижнего элемента 720, уплотнения 792 и резервуара 762 для фильтрата). Однако в качестве альтернативы винтам или другим подобным креплениям различные конструкции устройства TFF могут быть соединены с использованием клейкого вещества, такого как чувствительное к давлению клейкое вещество; ультразвуковой сварки; или соединения с помощью растворителя. Кроме того, комбинация застежек, клейких веществ и/или различных типов сварки может использоваться для связывания различных структур устройства TFF. Специалист в данной области техники, ознакомившись с настоящим раскрытием, может найти и другие конфигурации для соединения компонентов устройства TFF, такие как, например, зажимы; сопряженные фитинги и другие подобные крепежные детали.[0195] Beneath the
[0196] Фиг. 7F изображает объединенную структуру 764 резервуара и верхнего элемента, содержащую два резервуара 772 для удерживаемого вещества и резервуар 774 для буфера или среды, а также верхний элемент 722, который располагается под объединенной структурой 764 резервуара и верхнего элемента. Верхний элемент 722 устройства TFF определяет верхнюю часть канала тангенциального потока (не показан), расположенную на нижней поверхности объединенной структуры 764 резервуара и верхнего элемента. Фиг. 7G представляет собой вид сверху верхней поверхности 778 объединенной структуры 764 резервуара и верхнего элемента, изображающий верхнюю часть 780 резервуаров 772 для удерживаемого вещества и верхнюю часть 782 резервуара 774 для буфера или среды. Резервуары 772 для удерживаемого вещества гидравлически связаны с верхней частью канала потока (не показан), а резервуар 774 для буфера или среды гидравлически связан с резервуарами 772 для удерживаемого вещества. Фиг. 7Н представляет собой вид снизу нижней поверхности объединенной структуры 764 резервуара и верхнего элемента, показывающий верхний элемент 722 с верхней частью канала 702a тангенциального потока, расположенной на нижней поверхности верхнего элемента 722. Канал 702a потока, расположенный на нижней поверхности верхнего элемента 722, при работе сопрягается с нижней частью канала 702b тангенциального потока, расположенной на верхней поверхности нижнего элемента 720 (не показана на этом чертеже, см. Фиг. 7E), где верхняя и нижняя части каналов 702a и 702b потока, соответственно, сопрягаются для формирования единственного канала 702 потока с мембраной или фильтром (не показана) между верхней 702a и нижней 702b частями канала потока.[0196] FIG. 7F depicts a combined reservoir and
Модуль сборки нуклеиновой кислотыNucleic acid assembly module
[0197] Некоторые варианты осуществления автоматизированных мультимодульных инструментов для редактирования клеток по настоящему изобретению опционально включают в себя модуль сборки нуклеиновой кислоты. Модуль сборки нуклеиновой кислоты выполнен с возможностью приема и сборки нуклеиновых кислот, необходимых для облегчения желаемых событий редактирования генома. Термин «вектор» обычно относится к молекуле нуклеиновой кислоты, способной транспортировать в клетку желаемую нуклеиновую кислоту, с которой она связана. Векторы включают в себя, не ограничиваясь этим, молекулы нуклеиновой кислоты, которые являются одноцепочечными, двухцепочечными или частично двухцепочечными; молекулы нуклеиновой кислоты, которые включают в себя один или более свободных концов, не имеют свободных концов (например, циклические); молекулы нуклеиновой кислоты, которые включают в себя ДНК, РНК, или и то, и другое; а также другие разновидности полинуклеотидов, известных в данной области техники. Одним типом вектора является «плазмида», которая относится к циклической двухцепочечной ДНК, в которую дополнительные сегменты ДНК могут быть вставлены, например, с помощью стандартных методик молекулярного клонирования. Другим типом вектора является вирусный вектор, в котором последовательности ДНК или РНК вирусного происхождения присутствуют в векторе для упаковки в вирус (например, ретровирусы, ретровирусы с дефектом репликации, аденовирусы, аденовирусы с дефектом репликации и аденоассоциированные вирусы). Вирусные векторы также включают в себя полинуклеотиды, переносимые вирусом для трансфекции в клетку хозяина. Некоторые векторы способны к автономной репликации в клетке-хозяине, в которую они введены (например, бактериальные векторы, имеющие бактериальный источник репликации, и эписомальные векторы млекопитающих). Другие векторы (например, неэписомальные векторы млекопитающих) интегрируются в геном клетки-хозяина при введении в нее, и тем самым реплицируются вместе с геномом хозяина. Кроме того, некоторые векторы способны направлять экспрессию генов, с которыми они функционально связаны. Такие векторы упоминаются в настоящем документе как «векторы экспрессии» или «редактирующие векторы». Общие векторы экспрессии, применимые в методиках рекомбинантной ДНК, часто имеют форму плазмид. Дополнительные векторы включают в себя фосмиды, фагмиды и синтетические хромосомы.[0197] Some embodiments of the automated multi-module cell editing tools of the present invention optionally include a nucleic acid assembly module. The nucleic acid assembly module is configured to receive and assemble the nucleic acids necessary to facilitate the desired genome editing events. The term "vector" generally refers to a nucleic acid molecule capable of transporting into a cell the desired nucleic acid to which it is associated. Vectors include, but are not limited to, nucleic acid molecules that are single stranded, double stranded, or partially double stranded; nucleic acid molecules that include one or more free ends have no free ends (eg, cyclic); nucleic acid molecules that include DNA, RNA, or both; as well as other varieties of polynucleotides known in the art. One type of vector is a "plasmid", which refers to a circular double-stranded DNA into which additional DNA segments can be inserted, for example, using standard molecular cloning techniques. Another type of vector is a viral vector, in which DNA or RNA sequences of viral origin are present in the vector for packaging into a virus (eg, retroviruses, replication-defective retroviruses, adenoviruses, replication-defective adenoviruses, and adeno-associated viruses). Viral vectors also include polynucleotides carried by a virus for transfection into a host cell. Some vectors are capable of autonomous replication in the host cell into which they are introduced (eg, bacterial vectors having a bacterial origin of replication and mammalian episomal vectors). Other vectors (eg, non-episomal mammalian vectors) integrate into the genome of a host cell when introduced into it, and thereby replicate along with the host genome. In addition, some vectors are capable of directing the expression of genes to which they are operatively linked. Such vectors are referred to herein as "expression vectors" or "editing vectors". General expression vectors useful in recombinant DNA techniques are often in the form of plasmids. Additional vectors include fosmids, phagemids and synthetic chromosomes.
[0198] Рекомбинантные векторы экспрессии могут включать в себя нуклеиновую кислоту в форме, подходящей для транскрипции, а для некоторых последовательностей нуклеиновых кислот - для трансляции и экспрессии нуклеиновой кислоты в клетке-хозяине, что означает, что рекомбинантные векторы экспрессии включают в себя один или более регулирующих элементов, которые могут выбираться на основе клеток-хозяев, используемых для экспрессии, которые функционально связаны с экспрессируемой последовательностью нуклеиновой кислоты. Внутри рекомбинантного вектора экспрессии «функционально связанный» означает, что интересующая нуклеотидная последовательность связана с регулирующим элементом (элементами) таким образом, который позволяет транскрипцию, а для некоторых последовательностей нуклеиновой кислоты трансляцию и экспрессию нуклеотидной последовательности (например, в системе транскрипции/трансляции in vitro или в клетке - хозяине, когда вектор вводится в клетку хозяина). Подходящие способы рекомбинации и клонирования раскрыты в публикации US № 2004/0171156, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки во всей его полноте.[0198] Recombinant expression vectors may include a nucleic acid in a form suitable for transcription, and for some nucleic acid sequences, for translation and expression of the nucleic acid in a host cell, which means that recombinant expression vectors include one or more regulatory elements, which can be selected based on the host cells used for expression, which are operably linked to the expressed nucleic acid sequence. Within a recombinant expression vector, "operably linked" means that the nucleotide sequence of interest is linked to the regulatory element(s) in a manner that allows transcription and, for some nucleic acid sequences, translation and expression of the nucleotide sequence (e.g., in an in vitro transcription/translation system or in the host cell when the vector is introduced into the host cell). Suitable recombination and cloning methods are disclosed in US Publication No. 2004/0171156, the contents of which are incorporated herein by reference in its entirety.
[0199] В некоторых вариантах осуществления регулирующий элемент функционально связывается с одним или более элементами нацеливаемой нуклеазной системы для управления транскрипцией, а для некоторых последовательностей нуклеиновой кислоты для трансляции и экспрессии одного или более компонентов нацеливаемой нуклеазной системы.[0199] In some embodiments, the regulatory element is operably linked to one or more elements of the target nuclease system to direct transcription, and for some nucleic acid sequences, to translate and express one or more components of the target nuclease system.
[0200] В дополнение к этому, полинуклеотидная последовательность, кодирующая направляемую нуклеиновой кислотой нуклеазу, может быть кодонно оптимизирована для экспрессии в конкретных клетках, таких как прокариотические или эукариотические клетки. Эукариотические клетки могут быть клетками дрожжей, грибов, морских водорослей, растений, животных, или клетками человека. Эукариотические клетки могут быть клетками или производными от них конкретного организма, такого как млекопитающее, включая, но не ограничиваясь этим, человека, мышь, крысу, кролика, собаку или млекопитающее, не являющееся человеком, включая приматов, не являющихся человеком. Дополнительно или альтернативно вектор может включить в себя регулирующий элемент, функционально связанный с полинуклеотидной последовательностью, которая при транскрибировании формирует направляющую РНК.[0200] In addition, a polynucleotide sequence encoding a nucleic acid-directed nuclease can be codon optimized for expression in specific cells, such as prokaryotic or eukaryotic cells. Eukaryotic cells can be yeast, fungal, algae, plant, animal, or human cells. Eukaryotic cells can be cells or derived from a particular organism, such as a mammal, including, but not limited to, a human, mouse, rat, rabbit, dog, or non-human mammal, including non-human primates. Additionally or alternatively, the vector may include a regulatory element operably linked to a polynucleotide sequence that, when transcribed, forms a guide RNA.
[0201] Модуль сборки нуклеиновой кислоты может быть выполнен с возможностью, выполнения широкого спектра различных методик автоматизированной сборки нуклеиновой кислоты. Методики сборки нуклеиновой кислоты, которые могут быть выполнены в модуле сборки нуклеиновой кислоты раскрытых автоматизированных мультимодульных инструментов для редактирования клеток, включают в себя, не ограничиваясь этим, способы сборки, которые используют рестрикционные эндонуклеазы, включая PCR, сборку BioBrick (патент US № 9361427), клонирование типа IIS (например, сборка GoldenGate, европейская патентная заявка EP 2395087 A1), и реакция цикла лигазы (de Kok, ACS Synth Biol., 3(2):97-106 (2014); Engler, et al., PLoS One, 3(11):e3647 (2008); а также патент US № 6143527). В других вариантах осуществления методики сборки нуклеиновой кислоты, выполняемые раскрытыми мультимодульными автоматизированными инструментами для редактирования клеток, основаны на перекрытии между смежными частями нуклеиновых кислот, например Gibson Assembly®, CPEC, SLIC, цикл лигазы и т.д. Дополнительные способы сборки включают в себя устранение разрыва в дрожжах (Bessa, Yeast, 29(10):419-23 (2012)), клонирование Gateway (Ohtsuka, Curr Pharm Biotechnol, 10(2):244-51 (2009); патенты US №№ 5888732 и 6277608), и опосредованное топоизомеразой клонирование (Udo, PLoS One, 10(9):e0139349 (2015); а также патент US № 6916632). Эти и другие методики сборки нуклеиновой кислоты описываются, например, в публикации Sands and Brent, Curr Protoc Mol Biol., 113:3,26.1-3,26.20 (2016). [0201] The nucleic acid assembly module can be configured to perform a wide variety of different automated nucleic acid assembly techniques. Nucleic acid assembly techniques that can be performed in the nucleic acid assembly module of the disclosed automated multi-module cell editing tools include, but are not limited to, assembly methods that use restriction endonucleases, including PCR, BioBrick assembly (US Pat. No. 9,361,427), type IIS cloning (e.g. GoldenGate assembly, EP 2395087 A1), and ligase cycle reaction (de Kok, ACS Synth Biol., 3(2):97-106 (2014); Engler, et al., PLoS One , 3(11):e3647 (2008); and US Pat. No. 6,143,527). In other embodiments, nucleic acid assembly techniques performed by the disclosed multi-module automated cell editing tools rely on overlap between adjacent nucleic acid portions, such as Gibson Assembly®, CPEC, SLIC, ligase cycle, etc. Additional assembly methods include gap repair in yeast (Bessa, Yeast, 29(10):419-23 (2012)), Gateway cloning (Ohtsuka, Curr Pharm Biotechnol, 10(2):244-51 (2009); patents US Nos. 5,888,732 and 6,277,608), and topoisomerase-mediated cloning (Udo, PLoS One, 10(9): e0139349 (2015); and US Pat. No. 6,916,632). These and other nucleic acid assembly techniques are described, for example, in Sands and Brent, Curr Protoc Mol Biol., 113:3,26.1-3,26.20 (2016).
[0202] Модуль сборки нуклеиновой кислоты управляется температурой в зависимости от типа сборки нуклеиновой кислоты, используемого в автоматизированном мультимодульном инструменте для редактирования клеток. Например, когда в модуле сборки нуклеиновой кислоты используется PCR, модуль включает в себя возможность термоциклирования, позволяющую циклически менять температуру между стадиями денатурации, отжига и удлинения. Когда в модуле сборки нуклеиновой кислоты используются методы однотемпературной сборки (например, методы изотермической сборки), модуль обеспечивает возможность достижения и удержания температуры, которая оптимизирует конкретный выполняемый процесс сборки. Эти температуры и продолжительность поддержания этих температур могут определяться заранее запрограммированным набором параметров, выполняемых скриптом, или управляться вручную пользователем с помощью системы обработки автоматизированного мультимодульного инструмента для редактирования клеток.[0202] The nucleic acid assembly module is controlled by temperature depending on the type of nucleic acid assembly used in the automated multi-module cell editing tool. For example, when a PCR is used in a nucleic acid assembly module, the module includes a thermal cycling capability allowing temperature cycling between denaturation, annealing, and extension steps. When single temperature assembly techniques (eg, isothermal assembly techniques) are used in the nucleic acid assembly module, the module provides the ability to reach and maintain a temperature that optimizes the particular assembly process being performed. These temperatures and the duration of maintaining these temperatures can be determined by a pre-programmed set of parameters executed by a script, or controlled manually by the user using the processing system of an automated multi-module cell editing tool.
[0203] В одном варианте осуществления модуль сборки нуклеиновой кислоты представляет собой модуль для выполнения сборки, использующий единственную изотермическую реакцию. Некоторые изотермические способы сборки могут объединять одновременно до 15 фрагментов нуклеиновой кислоты на основе идентичности последовательностей. Способ сборки в некоторых вариантах осуществления обеспечивает сборку нуклеиновых кислот, которые включают перекрытие примерно 20-40 оснований с соседними фрагментами нуклеиновой кислоты. Фрагменты смешиваются с коктейлем из трех ферментов - экзонуклеазы, полимеразы и лигазы вместе с буферными компонентами. Поскольку процесс является изотермическим и может быть выполнен в способе с одной или двумя стадиями с использованием единственного реактора, изотермические реакции сборки являются идеальными для использования в автоматизированном мультимодульном инструменте для редактирования клеток. Одностадийный способ позволяет собрать до пяти различных фрагментов с использованием одностадийного изотермического процесса. Фрагменты и мастер-микс ферментов объединяют и инкубируют при 50°C в течение одного часа. Для создания более сложных конструкций, содержащих до пятнадцати фрагментов, или для включения фрагментов от 100 до 10000 пар оснований обычно используется двухстадийный способ, в котором двухстадийная реакция требует двух отдельных добавлений мастер-микса; первое для стадии экзонуклеазы и отжига, а второе для стадии полимеразы и лигирования. [0203] In one embodiment, the nucleic acid assembly module is an assembly module using a single isothermal reaction. Some isothermal assembly methods can combine up to 15 nucleic acid fragments simultaneously based on sequence identity. The assembly method, in some embodiments, assembles nucleic acids that include an overlap of about 20-40 bases with adjacent nucleic acid fragments. The fragments are mixed with a cocktail of three enzymes - exonuclease, polymerase and ligase along with buffer components. Because the process is isothermal and can be performed in a one or two step process using a single reactor, isothermal assembly reactions are ideal for use in an automated multi-module cell editing tool. The one-step method allows up to five different fragments to be assembled using a one-step isothermal process. Fragments and the master mix of enzymes are combined and incubated at 50°C for one hour. To create more complex constructs containing up to fifteen fragments, or to include fragments from 100 to 10,000 base pairs, a two-step method is usually used, in which a two-step reaction requires two separate additions of the master mix; the first for the exonuclease and annealing step, and the second for the polymerase and ligation step.
Модуль трансформацииTransformation module
[0204] Фиг. 8A - 8E изображают вариации одного варианта осуществления модуля трансформации клеток (в данном случае проточного устройства электропорации), который может быть включен в инструмент для выращивания/концентрации/трансформации клеток. Фиг. 8A и 8B представляют собой вид сверху и вид снизу в перспективе, соответственно, шести соединенных проточных устройств 850 электропорации. Фиг. 8A изображает шесть проточных блоков 850 электропорации, расположенных на одном субстрате 856. Каждый из шести проточных блоков 850 электропорации имеет входные отстойники 852, которые определяют входы для образца клеток, и выходные отстойники 854, которые определяют выходы для образца клеток. Фиг. 8B представляет собой вид снизу в перспективе шести соединенных проточных устройств электропорации, показанных на Фиг. 8A, также изображающий шесть проточных блоков 850 электропорации, расположенных на одном субстрате 856. Видны шесть входных отстойников 852, по одному для каждого проточного блока 850 электропорации, и один выходной отстойник 854 (выходной отстойник крайнего левого проточного блока 850 электропорации). Дополнительно на Фиг. 8B видны входное отверстие 802, выходное отверстие 804, канал 806 потока и два электрода 808 по обе стороны от сужения в канале 806 потока каждого проточного блока 850 электропорации. После изготовления шести проточных модулей 850 электропорации они могут быть отделены друг от друга (например, «разделены») и использованы по одному, или альтернативно в таких вариантах осуществления, где два или более проточных блока 850 электропорации могут использоваться параллельно без разделения. [0204] FIG. 8A-8E depict variations of one embodiment of a cell transformation module (in this case a flow-through electroporation device) that can be incorporated into a cell growth/concentration/transformation tool. Fig. 8A and 8B are top and bottom perspective views, respectively, of six connected
[0205] Проточные устройства 850 электропорации достигают высокоэффективной электропорации клетки с низкой токсичностью. Проточные устройства 850 электропорации по настоящему изобретению обеспечивают особенно легкую интеграцию с автоматизированной аппаратурой обработки жидкости, которая обычно используется в автоматизированных системах, таких как пипетторы с вытеснением воздухом. Такая автоматизированная аппаратура включает в себя, не ограничиваясь этим, стандартные автоматизированные системы обработки жидкости производства компаний Tecan (Маннедорф, Швейцария), Hamilton (Рено, Невада), Beckman Coulter (Форт Коллинз, Колорадо) и т.д.[0205]
[0206] Вообще говоря, микрофлюидная электропорация - с использованием объемов клеточной суспензии менее приблизительно 10 мл и вплоть до 1 мкл - позволяет более точно контролировать процесс трансфекции или трансформации и допускает гибкую интеграцию с другими инструментами обработки клеток по сравнению с настольными устройствами электропорации. Микрофлюидная электропорация таким образом обеспечивает уникальные преимущества, например, для трансформации, обработки и анализа отдельных клеток; конфигурации мультиблочных устройств электропорации; а также интегрированной автоматической многомодульной обработки и анализа клеток. [0206] Generally speaking, microfluidic electroporation—using cell suspension volumes of less than about 10 ml and up to 1 μl—allows for more precise control of the transfection or transformation process and allows for flexible integration with other cell processing tools compared to benchtop electroporation devices. Microfluidic electroporation thus provides unique advantages, for example, for transformation, processing and analysis of single cells; configurations of multiblock electroporation devices; as well as integrated automatic multi-module cell processing and analysis.
[0207] В конкретных вариантах осуществления проточных устройств 850 электропорации по настоящему изобретению уровень токсичности трансформации приводит к более чем 10% жизнеспособных клеток после электропорации, предпочтительно более чем 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, или даже 95% жизнеспособных клеток после трансформации, в зависимости от типа клеток и нуклеиновых кислот, вводимых в клетки. [0207] In specific embodiments of the
[0208] Проточное устройство 850 электропорации, описанное со ссылками на Фиг. 8A-8E, содержит корпус с камерой электропорации, первый электрод и второй электрод, выполненные с возможностью соединения с генератором электрических импульсов. В некоторых вариантах осуществления устройства электропорации являются стерилизуемыми в автоклаве и/или одноразовыми, и могут быть упакованы с реагентами в картридж для реагентов. Устройство 850 электропорации может быть выполнено с возможностью электропорации образца клеток с объемом 1-2 мл, 10 мкл - 1 мл, 25 мкл - 750 мкл, или 50 мкл - 500 мкл. Клетки, которые могут быть электропорированы с раскрытыми устройствами 850 электропорации, включают в себя клетки млекопитающих (включая клетки человека), растительные клетки, дрожжи, другие эукариотические клетки, бактерии, простейшие, и другие типы клеток. [0208] The
[0209] В одном примерном варианте осуществления Фиг. 8C изображает вид сверху проточного устройства 850 электропорации, имеющего входное отверстие 802 для введения клеток и экзогенного реагента, электропорируемого в клетки («образца клеток»), и выходное отверстие 804 для образца клеток после электропорации. Электроды 808 вводятся через электродные каналы (не показаны на Фиг. 8C) в устройстве. Фиг. 8D показывает вид в разрезе сверху проточного устройства 850 электропорации с входным отверстием 802, выходным отверстием 804 и электродами 808, расположенными относительно сужения в канале 806 потока. Вид сбоку в разрезе нижней части проточного устройства 850 электропорации на Фиг. 8E иллюстрирует, что электроды 808 в этом варианте осуществления располагаются в электродных каналах 810 перпендикулярно каналу 806 потока таким образом, что образец клеток течет из входного канала 812 через канал 806 потока к выходному каналу 814, и в процессе образец клеток затекает в электродные каналы 810 так, чтобы находиться в контакте с электродами 808. В этом аспекте входной канал 812, выходной канал 814 и электродные каналы 810 начинаются от верхней плоской стороны устройства; однако архитектура проточной электропорации, изображенная на Фиг. 8C-8E, является всего лишь одной архитектурой, полезной с описанными в настоящем документе картриджами для реагента. Дополнительные архитектуры электродов описываются, например, в патентных документах US №№ 16/147120, поданном 24 сентября 2018 г.; 16/147865, поданном 30 сентября 2018 г.; и 16/147871, поданном 30 сентября 2018 г.[0209] In one exemplary embodiment, FIG. 8C is a plan view of an
Примерные рабочие процессыSample Workflows
[0210] Фиг. 9 представляет собой упрощенную блок-схему одного варианта осуществления примерного автоматизированного мультимодульного инструмента для обработки клеток, содержащего модуль сингуляции или существенной сингуляции/выращивания/редактирования и нормализации или отбора для обогащения или выбора отредактированных клеток. Инструмент 900 для обработки клеток может включать в себя корпус 944, резервуар 902 для трансформируемых или трансфектируемых клеток и модуль 904 выращивания (устройство для выращивания клеток). Трансформируемые клетки передаются из резервуара в модуль выращивания для культивирования до тех пор, пока клетки не достигнут целевой OD. Как только клетки достигнут целевой OD, модуль выращивания может охладить или заморозить клетки для более поздней обработки, или клетки могут быть переданы в модуль 930 концентрации клеток, где они делаются электрокомпетентными и концентрируются до объема, оптимального для трансформации клеток. После концентрации клетки передаются в устройство 908 электропорации (например, модуль трансформации/трансфекции, с одним примерным модулем, описанным выше со ссылками на Фиг. 8A-8E). Примерные устройства электропорации, используемые в автоматизированных мультимодульных инструментах для обработки клеток включают в себя проточные устройства электропорации, такие как описанные в патентных документах US №№ 16/147120, поданном 28 сентября 2018 г.; 16/147353, поданном 28 сентября 2018 г.; 16/147865, поданном 30 сентября 2018 г.; и 16/147871, поданном 30 сентября 2018 г., все из которых включены в настоящий документ посредством ссылки во всей их полноте.[0210] FIG. 9 is a simplified block diagram of one embodiment of an exemplary automated multi-module cell processing tool comprising a singulation or essential singulation/growing/editing and normalization or selection module for enrichment or selection of edited cells. The
[0211] В дополнение к резервуару 930 для хранения клеток автоматизированный мультимодульный инструмент 900 для обработки клеток может включать в себя резервуар для хранения кассет 916 редактирующего олигонуклеотида и резервуар 918 для хранения скелета вектора экспрессии. Как кассеты редактирующего олигонуклеотида, так и скелет вектора экспрессии передаются из картриджа для реагента в модуль 920 сборки нуклеиновой кислоты, где кассеты редактирующего олигонуклеотида вставляются в скелет вектора экспрессии. Собранные нуклеиновые кислоты могут быть перенесены в необязательный модуль 922 очистки для обессоливания и/или других процедур очистки и/или концентрации, необходимых для подготовки собранных нуклеиновых кислот к трансформации. Альтернативно заранее собранные нуклеиновые кислоты, например, редактирующий вектор, могут быть сохранены в резервуаре 916 или 918. После завершения процессов, выполняемых модулем 922 очистки, собранные нуклеиновые кислоты передаются, например, в устройство 908 электропорации, которое уже содержит клеточную культуру, выращенную до целевой OD и сделанную электрокомпетентной посредством модуля 930 концентрации клеток. В устройстве 908 электропорации собранные нуклеиновые кислоты вводятся в клетки. После электропорации клетки передаются в объединенный модуль 910 восстановления/выбора. Примеры мультимодульных инструментов для редактирования клеток можно найти в патентных документах US №№ 16/024816 и 16/024831, поданных 30 июня 2018 г.; 16/147865, поданном 30 сентября 2018 г.; и 16/147871, поданном 30 сентября 2018 г., все из которых включены в настоящий документ посредством ссылки во всей их полноте. [0211] In addition to the
[0212] После восстановления и опционального выбора клетки передаются в модуль 940 сингуляции или существенной сингуляции, редактирования и выращивания, где клетки разбавляются и разделяются по отсекам таким образом, чтобы в среднем на каждый отсек приходилась одна клетка. После того, как они будут по существу или в значительной степени сингулированы, клеткам дают возможность расти для достижения предопределенного количества удвоений. Как только эти начальные колонии образуются, индуцируется редактирование, и отредактированные клетки выращиваются для формирования колоний, которые выращиваются до предельного размера (например, колонии нормализуются). В некоторых вариантах осуществления редактирование индуцируется одним или более редактирующими компонентами, находящимися под управлением индуцибeльного промотора. В некоторых вариантах осуществления индуцибeльный промотор активируется путем повышения температуры и дезактивируется путем понижения температуры. Аналогичным образом в тех вариантах осуществления, в которых устройство со сплошной стенкой, содержащее фильтр, формирующий дно микролунки, устройство со сплошной стенкой можно перенести на пластину (например, агаровую пластину или даже в жидкую среду), содержащую среду с компонентом, который активирует или индуцирует редактирование, а затем перенести на среду, которая дезактивирует редактирование. В устройствах со сплошной стенкой и со сплошным дном индукция редактирования или дезактивация редактирования может осуществляться путем замены среды. Когда колонии вырастают до предельного размера, они объединяются. Опять же сингуляция или существенная сингуляция преодолевает смещение роста в пользу неотредактированных клеток, а также смещение роста в результате эффектов приспособляемости различных изменений.[0212] After recovery and optional selection, the cells are transferred to the singulation or essential singulation, editing and
[0213] Все модули восстановления, выбора и сингуляции/индукции/редактирования и нормализации могут быть отдельными, могут быть расположены и объединены, как показано на Фиг. 9, или могут быть расположены и объединены в других конфигурациях. В некоторых вариантах осуществления все стадии восстановления, выбора, сингуляции или существенной сингуляции, роста, редактирования и нормализации выполняются в единственном модуле, например, на субстрате с питательным агаром, или на устройстве со сплошной стенкой, описанном со ссылками на Фиг. 3A-3E и 4A-4AA. Альтернативно восстановление, выбор и разбавление, в случае необходимости, выполняются в жидкой среде в отдельном сосуде (модуле), а затем выполняется перенос в модуль сингуляции/роста/индукции/редактирования и нормализации.[0213] All restoration, selection and singulation/induction/editing and normalization modules can be separate, can be arranged and combined as shown in FIG. 9, or may be located and combined in other configurations. In some embodiments, all of the steps of repair, selection, singulation or significant singulation, growth, editing, and normalization are performed in a single module, such as on a nutrient agar substrate, or on a solid wall device described with reference to FIG. 3A-3E and 4A-4AA. Alternatively, recovery, selection and dilution, if necessary, are performed in a liquid medium in a separate vessel (module), and then transferred to the singulation/growth/induction/editing and normalization module.
[0214] После объединения нормализованных колоний клеток клетки могут быть сохранены, например, в блоке или модуле 912 хранения, где клетки могут храниться, например, при температуре 4°C до тех пор, пока клетки не потребуются для дальнейшего исследования 914. Альтернативно клетки могут использоваться в другом цикле редактирования. Мультимодульным инструментом 900 обработки клеток управляет процессор 942 на основе данных, введенных пользователем, на основе одного или более скриптов, или на основе комбинации данных, введенных пользователем, и скрипта. Процессор 942 может управлять выбором времени, продолжительностью, температурой и операциями различных модулей инструмента 900, а также распределением реагентов. Например, процессор 942 может охлаждать клетки после трансформации до тех пор, пока не наступит время для редактирования, когда температура может быть повышена до уровня, способствующего редактированию генома и росту клеток. Процессор может быть запрограммирован стандартными параметрами протокола, из которых пользователь может осуществлять выбор, пользователь может определять один или более параметров вручную, или один или более скриптов, связанных с картриджем реагента, могут определять одну или более операций и/или параметров реакции. В дополнение к этому, процессор может уведомлять пользователя (например, посредством приложения на смартфоне или другом устройстве), что клетки достигли целевой OD, а также держать пользователя в курсе прогресса клеток в различных модулях в мультимодульной системе.[0214] After pooling the normalized cell colonies, the cells can be stored, for example, in a storage unit or
[0215] Автоматизированный мультимодульный инструмент 900 для обработки клеток является нуклеазной системой редактирования генома и может использоваться в системах одиночного редактирования (например, введения одного или более изменений в клеточный геном в единственном процессе редактирования). Описываемая ниже система, показанная на Фиг. 10, выполнена с возможностью выполнения последовательного редактирования, например, используя различные нуклеазные системы последовательно для того, чтобы обеспечить два или более изменений генома в клетке; и/или рекурсивного редактирования, например, используя одну нуклеазную систему для последовательного введения двух или более изменений генома в клетке. [0215] The automated multi-module
[0216] Фиг. 10 иллюстрирует другой вариант осуществления автоматизированного мультимодульного инструмента обработки клеток, выполненного с возможностью выполнения сингуляции или существенной сингуляции клеток, роста, индукции редактирования и нормализации колоний клеток. Этот вариант осуществления изображает примерную систему, которая выполняет рекурсивное генное редактирование на популяции клеток. Как и в случае варианта осуществления, показанного на Фиг. 9, инструмент 1000 для обработки клеток может включать в себя корпус 1044, резервуар 1002 для хранения клеток, подлежащих трансформации или трансфекции, и модуль 1004 выращивания клеток (содержащий, например, вращающийся флакон для выращивания). Трансформируемые клетки передаются из резервуара в модуль выращивания клеток для культивирования до тех пор, пока клетки не достигнут целевой OD. Как только клетки достигнут целевой OD, модуль выращивания может охладить или заморозить клетки для более поздней обработки, или клетки могут быть переданы в модуль 1060 концентрации клеток, где они подвергаются замене буфера и делаются электрокомпетентными, и объем клеток может быть существенно уменьшен. Когда клетки будут сконцентрированы до подходящего объема, они передаются в устройство 1008 электропорации. В дополнение к резервуару для хранения клеток мультимодульный инструмент 1000 для обработки клеток включает в себя резервуар для хранения вектора, предварительно собранного с редактирующими олигонуклеотидными кассетами 1052. Предварительно собранные векторы нуклеиновой кислоты передаются в устройство 1008 электропорации, которое уже содержит клеточную культуру, выращенную до целевой OD. В устройстве 1008 электропорации нуклеиновые кислоты электропорируются в клетки. После электропорации клетки передаются в необязательный модуль 1056 восстановления, где клеткам дают возможность на короткое время восстановиться после трансформации. [0216] FIG. 10 illustrates another embodiment of an automated multi-module cell processing tool configured to perform singulation or substantial singulation of cells, growth, induction of editing, and normalization of cell colonies. This embodiment depicts an exemplary system that performs recursive gene editing on a population of cells. As with the embodiment shown in FIG. 9,
[0217] После восстановления клетки могут быть переданы в блок или модуль 1012 хранения, где клетки могут быть храниться, например, при 4°C для более поздней обработки, или клетки могут быть разбавлены и переданы в модуль 1058 выбора, сингуляции или существенной сингуляции/роста/индукции/редактирования и нормализации со сплошной стенкой. В этом мультипроцессном модуле 1058 клетки выстраиваются таким образом, чтобы в среднем одна клетка приходилась на одну микролунку. Выстраиваемые клетки могут находиться в среде выбора для выбора тех клеток, которые были трансформированы или трансфектированы с помощью редактирующего вектора (векторов). После того, как они будут по существу или в значительной степени сингулированы, клетки растут до 2-50 удвоений и образуют колонии. После образования колоний редактирование индуцируется условиями (например, температурой, добавлением стимулирующих или подавляющих химикатов), необходимыми для индуцирования редактирования. После редактирования клеткам дают возможность вырасти до предельного размера (например, нормализация колоний) в микролунках, после чего они могут быть вымыты из микролунок и объединены, а затем переданы в блок 1014 извлечения клеток или могут быть возвращены обратно в модуль 1004 выращивания для другого цикла редактирования. Между объединением и переносом в модуль выращивания могут иметь место одна или несколько дополнительных стадий, таких как восстановление клеток, замена среды, концентрация клеток и т.д., например фильтрация с тангенциальным потоком. Следует отметить, что модули выбора/сингуляции или существенной сингуляции/роста/индукции/редактирования и нормализации могут быть одним и тем же модулем, где все процессы выполняются в устройстве со сплошной стенкой, или выбор и/или разбавление могут иметь место в отдельном сосуде до того, как клетки будут перенесены в модуль сингуляции или существенной сингуляции/роста/индукции/редактирования и нормализации со сплошной стенкой (устройство со сплошной стенкой). Как только предположительно отредактированные клетки будут объединены, они могут быть подвергнуты другому циклу редактирования, начиная с роста, концентрации клеток и обработки для придания им электрокомпетентности, и трансформации еще одной донорной нуклеиновой кислотой в другой редактирующей кассете посредством модуля 1008 электропорации.[0217] After recovery, the cells can be transferred to a storage unit or
[0218] В устройстве 1008 электропорации клетки, выбранные из первого цикла редактирования, трансформируются вторым набором редактирующих олигонуклеотидов (или другим типом олигонуклеотидов), и цикл повторяется до тех пор, пока клетки не будут трансформированы и отредактированы желаемым количеством, например, редактирующих кассет. Мультимодульный инструмент 1000 обработки клеток, проиллюстрированный на Фиг. 10, управляется процессором 1042 на основе данных, введенных пользователем, или на основе одного или более скриптов, включая по меньшей мере один скрипт, связанный с картриджем реагента. Процессор 1042 может управлять выбором времени, продолжительностью и температурой различных процессов, распределением реагентов и другими операциями различных модулей автоматизированного мультимодульного инструмента 1000 для обработки клеток. Например, скрипт или процессор может управлять распределением клеток, реагентов, векторов и редактирующих олигонуклеотидов; тем, какие редактирующие олигонуклеотиды используются для редактирования клеток и в какой последовательности; временем, температурой и другими условиями, используемыми в модуле восстановления и экспрессии; длиной волны, на которой измеряется OD в модуле выращивания клеток, целевой OD, до которой выращиваются клетки, и целевым временем, за которое клетки достигнут целевого значения OD. В дополнение к этому, процессор может быть запрограммирован для информирования пользователя (например, посредством приложения на смартфоне или другом устройстве) относительно прогресса клеток в автоматизированном мультимодульном инструменте для обработки клеток.[0218] In the
[0219] Специалисту в данной области техники с учетом настоящего раскрытия должно быть очевидно, что описанный процесс может быть рекурсивным и мультиплексированным; то есть клетки могут пройти рабочий процесс, описанный со ссылкой на Фиг. 10, а затем полученная отредактированная культура может пройти еще один (или несколько, или много) циклов дополнительного редактирования (например, рекурсивного редактирования) с различными редактирующими векторами. Например, клетки из цикла 1 редактирования могут быть разбавлены, и аликвота клеток, отредактированных редактирующим вектором A, может быть объединена с редактирующим вектором B, аликвота клеток, отредактированных редактирующим вектором A, может быть объединена с редактирующим вектором C, аликвота клеток, отредактированных редактирующим вектором A, может быть объединена с редактирующим вектором D, и так далее для второго цикла редактирования. После второго цикла аликвота каждых из дважды отредактированных клеток может быть подвергнута третьему циклу редактирования, в котором, например, аликвоты каждых из AB-, AC-, AD-отредактированных клеток объединяются с дополнительными редактирующими векторами, такими как редактирующие векторы X, Y и Z. То есть дважды отредактированные клетки AB могут быть объединены (и отредактированы) с векторами X, Y и Z для получения трижды отредактированных клеток ABX, ABY и ABZ; дважды отредактированные клетки AC могут быть объединены (и отредактированы) с векторами X, Y и Z для получения трижды отредактированных клеток ACX, ACY и ACZ; и дважды отредактированные клетки AD могут быть объединены (и отредактированы) с векторами X, Y и Z для получения трижды отредактированных клеток ADX, ADY и ADZ, и т.д. В этом процессе может быть выполнено множество перестановок и комбинаций редактирования, приводящих к очень разнообразным популяциям клеток и библиотекам клеток. В любом рекурсивном процессе выгодно «вылечить» предыдущие векторы-двигатели и редактирующие векторы (или один вектор-двигатель+редактирующий вектор в одновекторной системе). «Лечение» является процессом, в котором один или более векторов, использованных в предшествующем цикле редактирования, устраняется из трансформированных клеток. Лечение может быть достигнуто, например, путем отщепления вектора (векторов) с использованием лечебной плазмиды, что делает редактирующий вектор и/или вектор-двигатель (или один объединенный вектор) нефункциональным; разбавления вектора (векторов) в популяции клеток посредством роста клеток (то есть чем больше циклов роста проходят клетки, тем меньшее количество дочерних клеток сохранят редактирующий вектор или вектор-двигатель), или, например, за счет использования термочувствительного источника репликации на редактирующем векторе или векторе-двигателе (или объединенном векторе). Условия для лечения будут зависеть от механизма, используемого для лечения; то есть в этом примере от того, как лечебная плазмида отщепляет редактирующую плазмиду и/или плазмиду-двигатель. [0219] A person skilled in the art in view of the present disclosure should be obvious that the described process can be recursive and multiplexed; that is, cells can go through the workflow described with reference to FIG. 10, and then the resulting edited culture may go through one more (or several, or many) additional editing cycles (eg, recursive editing) with different edit vectors. For example, cells from
Производство библиотек клеток с использованием способов, модулей, инструментов и систем автоматизированного редактированияProduction of cell libraries using automated editing methods, modules, tools and systems
[0220] В одном аспекте настоящее раскрытие предлагает способы, модули, инструменты автоматизированного редактирования, а также автоматизированные мультимодульные инструменты для редактирования клеток для создания библиотеки клеток, в которой экспрессия, уровни и/или активность РНК и/или интересующих белков варьируются в различных типах клеток с использованием различных стратегий редактирования, как более подробно описывается в настоящем документе. Соответственно, настоящее раскрытие предназначено для охвата библиотек отредактированных клеток, созданных с помощью способов автоматического редактирования и автоматизированных мультимодульных инструментов для редактирования клеток по настоящему изобретению. Эти библиотеки клеток могут иметь различные целевые изменения, включая, но не ограничиваясь этим, нокауты генов, введения генов, вставки, удаления, изменения единственного нуклеотида, редактирование коротких тандемных повторов, сдвиги рамки считывания, расширение триплетных кодонов и т.п. в клетках различных организмов. Они изменения могут быть направлены на кодирующие или некодирующие области генома и предпочтительно являются рациональными. [0220] In one aspect, the present disclosure provides methods, modules, automated editing tools, as well as automated multi-module cell editing tools for creating a cell library in which the expression, levels and/or activity of RNA and/or proteins of interest vary in different cell types. using various editing strategies, as described in more detail in this document. Accordingly, the present disclosure is intended to cover libraries of edited cells generated by the automated editing methods and automated multi-module cell editing tools of the present invention. These cell libraries can have a variety of targeted changes including, but not limited to, gene knockouts, gene insertions, insertions, deletions, single nucleotide changes, short tandem repeat editing, frameshifts, triplet codon expansion, and the like. in the cells of various organisms. These changes may be directed to coding or non-coding regions of the genome and are preferably rational.
[0221] В других аспектах настоящее раскрытие предлагает способы автоматизированного редактирования и автоматизированные мультимодульные инструменты для редактирования клеток для создания библиотеки клеток, в которых варьируются связанные с ДНК процессы. Например, библиотека клеток может включать в себя индивидуальные клетки, имеющие изменения в участках связывания ДНК, чтобы препятствовать связыванию ДНК регуляторных элементов, которые модулируют экспрессию выбранных генов. В дополнение к этому, библиотеки клеток могут включать в себя изменения в геномной ДНК, которые влияют на клеточные процессы, такие как образование гетерохроматина, рекомбинация переключаемого класса и рекомбинация VDJ. [0221] In other aspects, the present disclosure provides automated editing methods and automated multi-module cell editing tools for creating a cell library in which DNA-related processes vary. For example, a cell library may include individual cells having alterations in DNA binding sites to prevent DNA binding of regulatory elements that modulate the expression of selected genes. In addition, cell libraries may include changes in genomic DNA that affect cellular processes such as heterochromatin formation, class switch recombination, and VDJ recombination.
[0222] В конкретных аспектах библиотеки клеток создаются с использованием мультиплексированного редактирования индивидуальных клеток внутри популяции клеток, при этом множество клеток внутри популяции клеток редактируются за один цикл редактирования, то есть множество изменений внутри клеток библиотеки выполняется за одну автоматизированную операцию. Библиотеки, которые могут быть созданы в одной мультиплексной автоматизированной операции, могут содержать 500 отредактированных клеток, 1000 отредактированных клеток, 2000 отредактированных клеток, 5000 отредактированных клеток, 10000 отредактированных клеток, 50000 отредактированных клеток, 100000 отредактированных клеток, 200000 отредактированных клеток, 300000 отредактированных клеток, 400000 отредактированных клеток, 500000 отредактированных клеток, 600000 отредактированных клеток, 700000 отредактированных клеток, 800000 отредактированных клеток, 900000 отредактированных клеток, 1000000 отредактированных клеток, 2000000 отредактированных клеток, 3000000 отредактированных клеток, 4000000 отредактированных клеток, 5000000 отредактированных клеток, 6000000 отредактированных клеток, 7000000 отредактированных клеток, 8000000 отредактированных клеток, 9000000 отредактированных клеток, 10000000 отредактированных клеток или больше. [0222] In certain aspects, cell libraries are created using multiplexed editing of individual cells within a cell population, with multiple cells within the cell population being edited in a single edit cycle, i.e., multiple changes within the library cells are performed in a single automated operation. Libraries that can be created in one multiplex automated operation can contain 500 Edit Cells, 1000 Edit Cells, 2000 Edit Cells, 5000 Edit Cells, 10,000 Edit Cells, 50,000 Edit Cells, 100,000 Edit Cells, 200,000 Edit Cells, 300,000 Edit Cells, 400000 отредактированных клеток, 500000 отредактированных клеток, 600000 отредактированных клеток, 700000 отредактированных клеток, 800000 отредактированных клеток, 900000 отредактированных клеток, 1000000 отредактированных клеток, 2000000 отредактированных клеток, 3000000 отредактированных клеток, 4000000 отредактированных клеток, 5000000 отредактированных клеток, 6000000 отредактированных клеток, 7000000 отредактированных cells, 8000000 edited cells, 9000000 edited cells, 10000000 edited cells or more.
[0223] В других конкретных аспектах библиотеки клеток создаются с использованием рекурсивного редактирования индивидуальных клеток внутри популяции клеток, причем редактирующие изменения добавляются к индивидуальным клеткам в двух или более циклах редактирования. Использование рекурсивного редактирования приводит к объединению двух или более изменений, нацеленных на два или более участков в геноме в индивидуальных клетках библиотеки. Библиотеки, которые могут быть созданы в автоматизированной рекурсивной операции, могут содержать 500 отредактированных клеток, 1000 отредактированных клеток, 2000 отредактированных клеток, 5000 отредактированных клеток, 10000 отредактированных клеток, 50000 отредактированных клеток, 100000 отредактированных клеток, 200000 отредактированных клеток, 300000 отредактированных клеток, 400000 отредактированных клеток, 500000 отредактированных клеток, 600000 отредактированных клеток, 700000 отредактированных клеток, 800000 отредактированных клеток, 900000 отредактированных клеток, 1000000 отредактированных клеток, 2000000 отредактированных клеток, 3000000 отредактированных клеток, 4000000 отредактированных клеток, 5000000 отредактированных клеток, 6000000 отредактированных клеток, 7000000 отредактированных клеток, 8000000 отредактированных клеток, 9000000 отредактированных клеток, 10000000 отредактированных клеток или больше. [0223] In other specific aspects, cell libraries are created using recursive editing of individual cells within a population of cells, with editing changes added to individual cells in two or more editing cycles. The use of recursive editing results in combining two or more changes targeting two or more sites in the genome in individual cells in the library. Libraries that can be created in an automated recursive operation can contain 500 Edited Cells, 1000 Edited Cells, 2000 Edited Cells, 5000 Edited Cells, 10000 Edited Cells, 50000 Edited Cells, 100000 Edited Cells, 200000 Edited Cells, 300000 Edited Cells, 400000 отредактированных клеток, 500000 отредактированных клеток, 600000 отредактированных клеток, 700000 отредактированных клеток, 800000 отредактированных клеток, 900000 отредактированных клеток, 1000000 отредактированных клеток, 2000000 отредактированных клеток, 3000000 отредактированных клеток, 4000000 отредактированных клеток, 5000000 отредактированных клеток, 6000000 отредактированных клеток, 7000000 отредактированных клеток , 8000000 edited cells, 9000000 edited cells, 10000000 edited cells or more.
[0224] Примеры стратегий неавтоматизированного редактирования, которые могут быть модифицированы на основе настоящего описания для использования автоматизированных систем, можно найти, например, в американских патентах №№ 8110360, 8332160, 9988624, 20170316353 и 20120277120.[0224] Examples of manual editing strategies that can be modified based on the present disclosure to use automated systems can be found, for example, in U.S. Patent Nos.
[0225] В конкретных аспектах рекурсивное редактирование может использоваться для того, чтобы сначала создать фенотип клетки, а затем более поздние циклы редактирования могут использоваться для полного изменения фенотипа и/или усиления других свойств клетки.[0225] In specific aspects, recursive editing can be used to first create the phenotype of the cell, and then later editing cycles can be used to completely change the phenotype and/or enhance other properties of the cell.
[0226] В некоторых аспектах библиотека клеток содержит изменения для создания неестественных аминокислот в клетке. [0226] In some aspects, the cell library contains changes to create unnatural amino acids in the cell.
[0227] В конкретных аспектах настоящее раскрытие предлагает библиотеки отредактированных клеток, имеющих изменения в одном или более регулирующих элементах, созданные с использованием способов автоматического редактирования и автоматизированных мультимодульных инструментов для редактирования клеток по настоящему изобретению. Термин «регулирующий элемент» относится к молекулам нуклеиновой кислоты, которые могут влиять на транскрипцию и/или трансляцию функционально связанной кодирующей последовательности в конкретной среде и/или контексте. Этот термин включает в себя все элементы, которые поддерживают или регулируют транскрипцию и стабильность РНК, включая промоторы, основные элементы, необходимые для базового взаимодействия РНК-полимеразы и факторов транскрипции, предшествующие элементы, энхансеры и ответные элементы (см., например, Lewin, «Genes V» (Oxford University Press, Oxford) pages 847-873). Примерные регулирующие элементы прокариотов включают в себя, не ограничиваясь этим, промоторы, операторные последовательности и участки связывания рибосом. Регулирующие элементы, которые используются в эукариотических клетках, могут включать в себя, не ограничиваясь этим, промоторы, энхансеры, инсуляторы, сигналы сплайсинга и сигналы полиаденилирования. [0227] In specific aspects, the present disclosure provides libraries of edited cells having changes in one or more regulatory elements created using the automatic editing methods and automated multi-module cell editing tools of the present invention. The term "regulatory element" refers to nucleic acid molecules that can affect the transcription and/or translation of an operably linked coding sequence in a particular environment and/or context. The term includes all elements that maintain or regulate transcription and RNA stability, including promoters, basic elements required for the basic interaction of RNA polymerase and transcription factors, precursor elements, enhancers, and response elements (see, e.g., Lewin, " Genes V" (Oxford University Press, Oxford) pages 847-873). Exemplary prokaryotic regulatory elements include, but are not limited to, promoters, operator sequences, and ribosome binding sites. Regulatory elements that are used in eukaryotic cells may include, but are not limited to, promoters, enhancers, insulators, splicing signals, and polyadenylation signals.
[0228] Предпочтительно библиотека отредактированных клеток включает в себя изменения, рационально разработанные на основе предсказаний структуры, экспрессии и/или активности белка в конкретном типе клеток. Например, рациональный дизайн может быть основан на общесистемной биофизической модели редактирования генома с конкретной нуклеазой и регуляцией гена, чтобы предсказать, как различные параметры редактирования, включая экспрессию и/или связывание нуклеазы, условия роста и другие экспериментальные условия, совместно контролируют динамику нуклеазного редактирования. См., например, Farasat and Salis, PLoS Comput Biol., 29:12(1):e1004724 (2016). [0228] Preferably, the edited cell library includes edits rationally designed based on predictions of protein structure, expression, and/or activity in a particular cell type. For example, a rational design can be based on a system-wide biophysical model of genome editing with a specific nuclease and gene regulation to predict how various editing parameters, including nuclease expression and/or binding, growth conditions, and other experimental conditions, collectively control the dynamics of nuclease editing. See, for example, Farasat and Salis, PLoS Comput Biol., 29:12(1):e1004724 (2016).
[0229] В одном аспекте настоящее раскрытие предлагает создание библиотеки отредактированных клеток с различными рационально разработанными регулирующими последовательностями, созданными с использованием аппаратуры, систем и способов автоматизированного редактирования по настоящему изобретению. Например, библиотека отредактированных клеток может включать в себя популяции прокариотических клеток, созданные с использованием набора конститутивных и/или индуцибeльных промоторов, последовательностей энхансеров, операторных последовательностей и/или участков связывания рибосом. В другом примере библиотека отредактированных клеток может включать в себя эукариотические последовательности, созданные с использованием набора конститутивных и/или индуцибeльных промоторов, последовательностей энхансеров, операторных последовательностей и/или различных последовательностей Козака для экспрессии интересующих белков.[0229] In one aspect, the present disclosure provides for the creation of a library of edited cells with various rationally designed regulatory sequences generated using the automated editing apparatus, systems, and methods of the present invention. For example, a library of edited cells may include prokaryotic cell populations generated using a set of constitutive and/or inducible promoters, enhancer sequences, operator sequences, and/or ribosome binding sites. In another example, a library of edited cells may include eukaryotic sequences designed using a set of constitutive and/or inducible promoters, enhancer sequences, operator sequences, and/or various Kozak sequences to express proteins of interest.
[0230] В некоторых аспектах настоящее раскрытие предлагает библиотеки клеток, включающие клетки с рационально разработанными изменениями, содержащими один или более классов изменений в представляющих интерес последовательностях в геноме организма. В конкретных аспектах настоящее раскрытие предлагает библиотеки клеток, включающие клетки с рационально разработанными изменениями, содержащими один или более классов изменений в представляющих интерес последовательностях в подмножестве генома. Например, библиотека клеток может включать в себя клетки с рационально разработанными изменениями, содержащими один или более классов изменений в представляющих интерес последовательностях в экзоме, например, в каждой или большинстве открытых рамок считывания генома. Например, библиотека клеток может включать в себя клетки с рационально разработанными изменениями, содержащими один или более классов изменений в представляющих интерес последовательностях в киноме. В еще одном примере библиотека клеток может включать в себя клетки с рационально разработанными изменениями, содержащими один или более классов изменений в представляющих интерес последовательностях в секретоме. В других аспектах библиотека клеток может включать в себя клетки с рационально разработанными изменениями, созданными для анализа различных изоформ белков, кодируемых в экзоме, и библиотеки клеток могут быть разработаны для управления экспрессией одной или нескольких конкретных изоформ, например, для анализа транскриптома. [0230] In some aspects, the present disclosure provides libraries of cells, including cells with rationally designed changes containing one or more classes of changes in sequences of interest in the genome of an organism. In specific aspects, the present disclosure provides cell libraries comprising intelligently designed alteration cells containing one or more classes of alterations in sequences of interest in a subset of the genome. For example, a cell library may include cells with rationally designed alterations containing one or more classes of alterations in sequences of interest in the exome, for example, in each or most of the open reading frames of the genome. For example, a cell library may include intelligently designed alteration cells containing one or more classes of alterations in sequences of interest in the kinome. In yet another example, a cell library may include intelligently designed alteration cells containing one or more classes of alterations in secretome sequences of interest. In other aspects, a cell library may include cells with intelligently designed alterations designed to analyze different isoforms of proteins encoded in the exome, and cell libraries may be designed to direct the expression of one or more specific isoforms, for example, for transcriptome analysis.
[0231] Важно отметить, что в некоторых аспектах библиотеки клеток могут содержать изменения, использующие рандомизированные последовательности, например, рандомизированные промоторные последовательности, для уменьшения схожести между экспрессией одного или более белков в индивидуальных клетках внутри библиотеки. Кроме того, промоторы в библиотеке клеток могут быть конститутивными, индуцибeльными или обоими для обеспечения сильной и/или титруемой экспрессии. [0231] It is important to note that in some aspects, cell libraries may contain changes using randomized sequences, such as randomized promoter sequences, to reduce the similarity between the expression of one or more proteins in individual cells within the library. In addition, the promoters in the cell library can be constitutive, inducible, or both to ensure strong and/or titratable expression.
[0232] В других аспектах настоящее раскрытие предлагает способы автоматизированного редактирования и автоматизированные мультимодульные инструменты для редактирования клеток для создания библиотеки клеток, содержащих изменения для идентификации оптимальной экспрессии выбранной генной мишени. Например, производство биохимических веществ с помощью метаболической инженерии часто требует экспрессии ферментов пути, и наилучший выход продукции достигается не всегда за счет максимального количества ферментов целевого пути в клетке, а скорее за счет точной настройки уровней экспрессии отдельных ферментов и связанных регуляторных белков и/или путей. Аналогичным образом уровни экспрессии гетерологичных белков иногда можно экспериментально отрегулировать для получения оптимальных выходов. [0232] In other aspects, the present disclosure provides automated editing methods and automated multi-module cell editing tools for creating a cell library containing changes to identify optimal expression of a selected target gene. For example, the production of biochemicals by metabolic engineering often requires the expression of pathway enzymes, and the best production yield is not always achieved by maximizing the number of target pathway enzymes in the cell, but rather by fine tuning the expression levels of individual enzymes and associated regulatory proteins and/or pathways. . Similarly, expression levels of heterologous proteins can sometimes be experimentally adjusted to obtain optimal yields.
[0233] Наиболее очевидным способом воздействия транскрипции на уровни экспрессии генов является скорость инициации Pol II, которая может модулироваться комбинацией силы промотора или энхансера и транс-активирующих факторов (Kadonaga, et al., Cell, 116(2):247-57 (2004)). В эукариотах скорость удлинения может также определять рисунки экспрессии генов, влияя на альтернативный сплайсинг (Cramer et al., PNAS USA, 94(21):11456-60 (1997)). Неудачная терминация гена может нарушить экспрессию последующих генов за счет снижения доступности промотора для Pol II (Greger, et al., PNAS USA, 97(15):8415-20 (2000)). Этот процесс, известный как транскрипционная интерференция, особенно актуален для низших эукариот, поскольку они часто имеют близкорасположенные гены. [0233] The most obvious way transcription affects gene expression levels is the rate of Pol II initiation, which can be modulated by a combination of promoter or enhancer strength and trans-activating factors (Kadonaga, et al., Cell, 116(2):247-57 (2004 )). In eukaryotes, elongation rate may also determine gene expression patterns by influencing alternative splicing (Cramer et al., PNAS USA, 94(21):11456-60 (1997)). Unsuccessful gene termination can disrupt the expression of subsequent genes by reducing promoter availability for Pol II (Greger, et al., PNAS USA, 97(15):8415-20 (2000)). This process, known as transcriptional interference, is especially relevant in lower eukaryotes because they often have closely spaced genes.
[0234] В некоторых вариантах осуществления настоящее раскрытие предлагает способы оптимизации транскрипции клеточных генов. Транскрипция генов является результатом нескольких различных биологических явлений, включая инициирование транскрипции (рекрутинг РНК-п и образование транскрипционного комплекса), удлинение (синтез/удлинение цепи), и терминацию транскрипции (отщепление РНК-п и терминацию).[0234] In some embodiments, the implementation of the present disclosure provides methods for optimizing the transcription of cellular genes. Gene transcription is the result of several different biological events, including transcription initiation (RNA-p recruitment and transcription complex formation), elongation (synthesis/strand extension), and transcriptional termination (RNA-p cleavage and termination).
Сайт-направленный мутагенезSite directed mutagenesis
[0235] Библиотеки клеток могут быть созданы с использованием способов, модулей, инструментов и систем автоматизированного редактирования, использующих сайт-направленный мутагенез, то есть когда последовательность аминокислот белка или другая геномная особенность может быть изменена сознательно и точно путем мутации белка или геномной особенности. Эти клеточные линии могут быть полезными для различных целей, например для определения функции белка внутри клетки, идентификации ферментативных активных центров внутри клеток и создания новых белков. Например, сайт-направленный мутагенез можно использовать мультиплексным образом для замены одной аминокислоты в последовательности белка на другую аминокислоту с другими химическими свойствами. Это позволяет определить эффект рационально разработанной или случайно сгенерированной мутации в отдельных клетках в клеточной популяции. См., например, публикацию Berg, et al. Biochemistry, Sixth Ed. (New York: W. H. Freeman and Company) (2007). [0235] Cell libraries can be created using automated editing methods, modules, tools and systems using site-directed mutagenesis, i.e. where the amino acid sequence of a protein or other genomic feature can be changed deliberately and accurately by mutating a protein or genomic feature. These cell lines can be useful for a variety of purposes, such as determining the function of a protein within a cell, identifying enzymatic active sites within cells, and designing new proteins. For example, site-directed mutagenesis can be used in a multiplex manner to replace one amino acid in a protein sequence with another amino acid with different chemical properties. This allows one to determine the effect of a rationally designed or randomly generated mutation on individual cells in a cell population. See, for example, Berg, et al. Biochemistry, Sixth Ed. (New York: W. H. Freeman and Company) (2007).
[0236] В другом примере изменения могут быть сделаны в отдельных клетках внутри библиотеки клеток для замены аминокислот в связывающих участках, например, замена одной или нескольких аминокислот в участке связывания белка для взаимодействия внутри белкового комплекса или замена одной или нескольких аминокислот в ферментативных карманах, которые могут вмещать в себя кофактор или лиганд. Этот класс изменений позволяет создавать определенные манипуляции с белком для измерения определенных свойств одного или нескольких белков, включая взаимодействие с другими кофакторами, лигандами и т.д. внутри белкового комплекса. [0236] In another example, changes can be made to individual cells within a cell library to change amino acids at binding sites, such as changing one or more amino acids at a protein binding site to interact within a protein complex, or changing one or more amino acids in enzyme pockets that may contain a cofactor or ligand. This class of changes allows the creation of specific protein manipulations to measure specific properties of one or more proteins, including interactions with other cofactors, ligands, and so on. within the protein complex.
[0237] В других примерах различные типы редактирования могут быть выполнены для отдельных клеток в клеточной библиотеке с использованием сайт-специфического мутагенеза для изучения локусов количественных признаков экспрессии (eQTL). eQTL представляет собой локус, который объясняет часть генетической изменчивости фенотипа экспрессии гена. Библиотеки по настоящему изобретению могут быть полезными для оценки и привязки eQTL к фактическим болезненным состояниям. [0237] In other examples, various types of editing can be performed on individual cells in a cell library using site-directed mutagenesis to study quantitative expression trait loci (eQTLs). The eQTL is a locus that explains part of the genetic variation in the expression phenotype of a gene. The libraries of the present invention may be useful for assessing and linking eQTL to actual disease states.
[0238] В конкретных аспектах изменения, введенные в библиотеки клеток по настоящему изобретению, могут быть созданы с использованием рационального дизайна, основанного на известных или предсказанных структурах белков. См., например, публикацию Chronopoulou and Labrou, Curr Protoc Protein Sci.; Chapter 26:Unit 26,6 (2011). Такой сайт-направленный мутагенез может обеспечить индивидуальные клетки внутри библиотеки с одним или более сайт-направленными изменениями, и предпочтительно двумя или более сайт-направленными изменениями (например, комбинаторными изменениями) в популяции клеток. [0238] In specific aspects, the changes introduced into the cell libraries of the present invention can be created using a rational design based on known or predicted protein structures. See, for example, Chronopoulou and Labrou, Curr Protoc Protein Sci.; Chapter 26:Unit 26.6 (2011). Such site-directed mutagenesis can provide individual cells within a library with one or more site-directed changes, and preferably two or more site-directed changes (eg, combinatorial changes) in a population of cells.
[0239] В других аспектах библиотеки клеток по настоящему изобретению создаются с использованием сайт-направленной мутации кодонов, «сканирующей» все или по существу все кодоны в кодирующей области гена. Таким образом, отдельные изменения конкретных кодонов могут быть исследованы на предмет потери или усиления функции на основе конкретных полиморфизмов в одном или нескольких кодонах гена. Эти библиотеки могут быть мощным инструментом для определения того, какие генетические изменения являются скрытыми или являются причиной конкретного фенотипа в клетке или клеточной популяции. Изменения кодонов могут генерироваться случайным образом или могут быть рационально разработаны на основе известных полиморфизмов и/или мутаций, которые были идентифицированы в анализируемом гене. Кроме того, использование этих методик для двух или более генов по отдельности в одном пути в клетке может определять потенциальные взаимодействия белок:белок или избыточность клеточных функций или путей. [0239] In other aspects, the cell libraries of the present invention are created using site-directed codon mutation, "scanning" all or substantially all of the codons in the coding region of a gene. Thus, individual changes in specific codons can be examined for loss or gain of function based on specific polymorphisms in one or more codons of a gene. These libraries can be a powerful tool for determining which genetic changes are latent or responsible for a particular phenotype in a cell or cell population. Codon changes may be randomly generated or may be rationally designed based on known polymorphisms and/or mutations that have been identified in the gene under analysis. In addition, the use of these techniques for two or more genes separately in the same pathway in a cell can identify potential protein:protein interactions or redundancy in cellular functions or pathways.
[0240] Например, сканирование аланина может использоваться для определения вклада конкретного остатка в стабильность или функцию данного белка. См., например, публикацию et al., Nucleic Acids Research, Volume 25(2):447-448 (1997). Аланин часто используется в этой методике сканирования кодонов из-за его небольшой, химически инертной метильной функциональной группы, которая может имитировать предпочтения вторичной структуры, которыми обладают многие другие аминокислоты. Сканирование кодонов может также использоваться для определения того, играет ли боковая цепь определенного остатка значительную роль в функции и/или активности клетки. Иногда другие аминокислоты, такие как валин или лейцин, могут использоваться для создания библиотек клеток для сканирования кодонов, если необходимо сохранение размера мутированных остатков. [0240] For example, an alanine scan can be used to determine the contribution of a particular residue to the stability or function of a given protein. See, for example, the publication et al., Nucleic Acids Research, Volume 25(2):447-448 (1997). Alanine is frequently used in this codon scanning technique due to its small, chemically inert methyl functional group, which can mimic the secondary structure preferences that many other amino acids possess. Codon scanning can also be used to determine if the side chain of a particular residue plays a significant role in cell function and/or activity. Occasionally, other amino acids, such as valine or leucine, can be used to create cell libraries for codon scanning if the size of the mutated residues is to be preserved.
[0241] В других конкретных аспектах библиотеки клеток могут быть созданы с использованием способов автоматизированного редактирования и автоматизированных мультимодульных инструментов для редактирования клеток по настоящему изобретению для определения активного участка белка, такого как фермент или гормон, и выяснения механизма действия одного или более из этих белков в библиотеке клеток. Сайт-направленный мутагенез, связанный с исследованиями молекулярного моделирования, может использоваться для определения структуры активного участка фермента и, следовательно, механизма его действия. Анализ этих библиотек клеток может обеспечить понимание роли, которую играют определенные аминокислотные остатки в активных участках белков, в контактах между подблоками белковых комплексов, во внутриклеточном перемещении и стабильности/периоде полужизни белка на различных генетических фонах.[0241] In other specific aspects, cell libraries can be created using the automated editing methods and automated multi-module cell editing tools of the present invention to determine the active site of a protein, such as an enzyme or hormone, and elucidate the mechanism of action of one or more of these proteins in cell library. Site-directed mutagenesis, associated with molecular modeling studies, can be used to determine the structure of the enzyme's active site and hence its mechanism of action. Analysis of these cell libraries can provide insight into the role played by certain amino acid residues in protein active sites, in contacts between subunits of protein complexes, in intracellular migration and protein stability/half-life in various genetic backgrounds.
Насыщающий мутагенезSaturating mutagenesis
[0242] В некоторых аспектах библиотеки клеток, созданные с использованием способов автоматизированного редактирования и автоматизированных мультимодульных инструментов для редактирования клеток по настоящему изобретению, могут быть библиотеками насыщающего мутагенеза, в которых один кодон или набор кодонов рандомизируются для получения всех возможных аминокислот в положении определенного гена или генов, представляющих интерес. Эти библиотеки клеток могут быть особенно полезными для генерирования вариантов, например, для направленной эволюции. См., например, публикации Chica, et al., Current Opinion in Biotechnology 16 (4): 378-384 (2005); и Shivange, Current Opinion in Chemical Biology, 13 (1): 19-25 (2009). [0242] In some aspects, cell libraries generated using the automated editing methods and automated multi-module cell editing tools of the present invention may be saturation mutagenesis libraries in which a single codon or set of codons is randomized to produce all possible amino acids at the position of a particular gene or genes of interest. These cell libraries can be particularly useful for generating variants, for example for directed evolution. See, for example, Chica, et al., Current Opinion in Biotechnology 16 (4): 378-384 (2005); and Shivange, Current Opinion in Chemical Biology, 13 (1): 19-25 (2009).
[0243] В некоторых аспектах изменения, содержащие различные вырожденные кодоны, можно использовать для кодирования наборов аминокислот в отдельных клетках в библиотеках. Поскольку некоторые аминокислоты кодируются большим количеством кодонов, чем другие, точное соотношение аминокислот не может быть равным. В некоторых аспектах используются более ограниченные вырожденные кодоны. «NNK» и «NNS» имеют то преимущество, что кодируют все 20 аминокислот, но все же кодируют стоп-кодон в 3% случаев. Альтернативные кодоны, такие как «NDT», «DBK», полностью избегают стоп-кодонов и кодируют минимальный набор аминокислот, который по-прежнему охватывает все основные биофизические типы (анионные, катионные, алифатические гидрофобные, ароматические гидрофобные, гидрофильные, малые). [0243] In some aspects, changes containing various degenerate codons can be used to encode sets of amino acids in individual cells in libraries. Since some amino acids are encoded by more codons than others, the exact ratio of amino acids cannot be equal. In some aspects, more limited degenerate codons are used. "NNK" and "NNS" have the advantage that they encode all 20 amino acids, but still encode a
[0244] В конкретных аспектах используется неизбыточный насыщающий мутагенез, в котором обычно используемый кодон для конкретного организма используется в процессе редактирования насыщающего мутагенеза. [0244] In certain aspects, non-redundant saturation mutagenesis is used, in which a commonly used codon for a particular organism is used in the editing process of saturation mutagenesis.
Обмены и лесенки промоторовExchanges and ladders of promoters
[0245] Одним из механизмов анализа и/или оптимизации экспрессии одного или нескольких представляющих интерес генов является создание библиотеки клеток с «обменом промотора», в которой клетки содержат генетические модификации, в которых специфические промоторы связаны с одним или более интересующими генами. Соответственно, библиотеки клеток, созданные с использованием способов и автоматизированных мультимодульных инструментов для редактирования клеток по настоящему изобретению, могут быть библиотеками клеток с обменом промотора, которые могут быть использованы, например, для увеличения или уменьшения экспрессии интересующего гена с целью оптимизации метаболического или генетического пути. В некоторых аспектах библиотека клеток с обменом промотора может использоваться для идентификации увеличения или уменьшения экспрессии гена, который влияет на живучесть или жизнеспособность клеток, например, гена, кодирующего белок, который влияет на скорость роста или общее состояние клеток. В некоторых аспектах библиотека клеток с обменом промотора может использоваться для создания клеток, имеющих зависимости и логику между промоторами, с целью создания синтетических генных сетей. В некоторых аспектах обмены промоторов могут использоваться для управления межклеточной коммуникацией между клетками как гомогенных, так и гетерогенных (сложных тканей) популяций в природе. [0245] One mechanism for analyzing and/or optimizing the expression of one or more genes of interest is to create a "promoter exchange" cell library in which cells contain genetic modifications in which specific promoters are linked to one or more genes of interest. Accordingly, cell libraries generated using the methods and automated multi-module cell editing tools of the present invention can be promoter exchange cell libraries that can be used, for example, to increase or decrease the expression of a gene of interest in order to optimize the metabolic or genetic pathway. In some aspects, a promoter-exchange cell library can be used to identify an increase or decrease in the expression of a gene that affects cell survival or viability, for example, a gene encoding a protein that affects the growth rate or overall health of cells. In some aspects, a promoter exchange cell library can be used to create cells having dependencies and logic between promoters to create synthetic gene networks. In some aspects, promoter exchanges can be used to direct cell-to-cell communication between cells of both homogeneous and heterogeneous (complex tissue) populations in nature.
[0246] Библиотеки клеток могут использовать любое заданное количество промоторов, которые были сгруппированы вместе на основе проявления диапазона силы экспрессии и любого заданного количества целевых генов. Лесенка промоторных последовательностей варьирует экспрессию по меньшей мере одного локуса по меньшей мере при одном условии. Эта лесенка затем систематически применяется к группе генов в организме, используя способы автоматизированного редактирования и автоматизированные мультимодульные инструменты для редактирования клеток по настоящему изобретению.[0246] Libraries of cells can use any given number of promoters that have been grouped together based on the expression range of expression strength and any given number of target genes. A ladder of promoter sequences varies the expression of at least one locus under at least one condition. This ladder is then systematically applied to a group of genes in an organism using the automated editing methods and automated multi-module cell editing tools of the present invention.
[0247] В конкретных аспектах библиотека клеток, сформированная с использованием процессов, модулей и систем автоматизированного редактирования по настоящему изобретению, включает в себя индивидуальные клетки, которые являются представителем данного промотора, функционально связанные с одним или более целевыми интересующими генами на в остальном идентичном генетическом фоне. Примеры неавтоматизированных стратегий редактирования, которые могут быть модифицированы для использования автоматизированных систем, можно найти, например, в американском патенте № 9988624. [0247] In specific aspects, a cell library formed using the automated editing processes, modules, and systems of the present invention includes individual cells that are representative of a given promoter, operably linked to one or more target genes of interest in an otherwise identical genetic background. . Examples of manual editing strategies that can be modified to use automated systems can be found, for example, in US Patent No. 9988624.
[0248] В конкретных аспектах библиотека клеток с обменом промотора производится путем редактирования набора целевых генов, которые должны быть функционально связаны с заранее выбранным набором промоторов, которые действуют как «промоторная лесенка» для экспрессии интересующих генов. Например, клетки редактируются так, чтобы один или более из индивидуальных интересующих генов были отредактированы для функциональной связи с различными промоторами в промоторной лесенке. Когда эндогенный промотор не существует, его последовательность является неизвестной, или он был ранее изменен некоторым образом, индивидуальные промоторы промоторной лесенки могут быть вставлены перед интересующими генами. Эти полученные клеточные библиотеки содержат отдельные клетки с индивидуальным промотором лесенки, функционально связанным с одним или несколькими целевыми генами в идентичном во всех остальных отношениях генетическом контексте. [0248] In specific aspects, a promoter exchange cell library is produced by editing a set of target genes to be operably linked to a preselected set of promoters that act as a "promoter ladder" for expression of the genes of interest. For example, cells are edited so that one or more of the individual genes of interest are edited to be functionally linked to different promoters in the promoter ladder. When an endogenous promoter does not exist, its sequence is unknown, or it has been previously altered in some way, individual promoter ladder promoters can be inserted before the genes of interest. These resulting cell libraries contain single cells with an individual ladder promoter operably linked to one or more target genes in an otherwise identical genetic context.
[0249] Промоторы обычно выбираются так, чтобы приводить к вариабельной экспрессии в разных локусах, и могут включать в себя индуцибельные промоторы, конститутивные промоторы или и то, и другое. [0249] Promoters are typically chosen to result in variable expression at different loci, and may include inducible promoters, constitutive promoters, or both.
[0250] Набор целевых генов, отредактированных с использованием промоторной лесенки, может включать в себя все или большинство открытых рамок считывания (ORF) в геноме или выбранном подмножестве генома, например, ORF кинома или секретома. В некоторых аспектах целевые гены могут включать в себя кодирующие области для различных изоформ генов, и библиотеки клеток могут быть разработаны для экспрессии одной или более конкретных изоформ, например, для анализа транскриптома с использованием различных промоторов. [0250] The set of target genes edited using the promoter ladder may include all or most of the open reading frames (ORFs) in the genome or a selected subset of the genome, such as the kinome or secretome ORF. In some aspects, target genes may include coding regions for different gene isoforms, and cell libraries can be designed to express one or more specific isoforms, such as for transcriptome analysis using different promoters.
[0251] Набор целевых генов также может быть генами, о которых известно или предполагается, что они участвуют в конкретном клеточном пути, например, регуляторном пути или сигнальном пути. Набор целевых генов может быть открытыми рамками считывания, относящимися к функции, относящейся к ранее продемонстрированным полезным изменениям (предыдущим обменам промотора или предыдущим обменам SNP), алгоритмическому выбору на основе эпистатических взаимодействий между ранее созданными изменениями, другим критериям отбора, основанным на гипотезах относительно полезных для цели ORF, или случайно выбранными. В конкретных вариантах осуществления целевые гены могут содержать гены, не кодирующие белки, включая некодирующие РНК. [0251] A set of target genes can also be genes known or suspected to be involved in a particular cellular pathway, such as a regulatory pathway or a signaling pathway. The set of target genes can be open reading frames related to function related to previously demonstrated beneficial changes (previous promoter exchanges or previous SNP exchanges), algorithmic selection based on epistatic interactions between previously created changes, other selection criteria based on hypotheses regarding benefits for ORF targets, or randomly selected. In specific embodiments, target genes may contain genes that do not code for proteins, including non-coding RNAs.
[0252] Редактирование других функциональных генетических элементов, включая элементы инсулятора и другие элементы геномной организации, также может использоваться для систематического изменения уровня экспрессии набора целевых генов и может быть введено с использованием способов и автоматизированных мультимодульных инструментов для редактирования клеток по настоящему изобретению. В одном аспекте популяция клеток редактируется с использованием лесенки энхансерных последовательностей, либо отдельно, либо в комбинации с выбранными промоторами или промоторной лесенкой для создания клеточной библиотеки, имеющей различные изменения в этих энхансерных элементах. В другом аспекте популяция клеток редактируется с использованием лесенки последовательностей связывания рибосом, либо отдельно, либо в комбинации с выбранными промоторами или промоторной лесенкой для создания клеточной библиотеки, имеющей различные изменения в этих последовательностях связывания рибосом. [0252] Editing of other functional genetic elements, including insulator elements and other elements of genomic organization, can also be used to systematically change the expression level of a set of target genes and can be introduced using the methods and automated multi-module cell editing tools of the present invention. In one aspect, a population of cells is edited using a ladder of enhancer sequences, either alone or in combination with selected promoters or a promoter ladder, to create a cell library having various changes in these enhancer elements. In another aspect, a population of cells is edited using a ladder of ribosome binding sequences, either alone or in combination with selected promoters or a promoter ladder to create a cell library having various changes in these ribosome binding sequences.
[0253] В другом аспекте популяция клеток редактируется, чтобы позволить присоединение различных иРНК и/или белковых стабилизирующих или дестабилизирующих последовательностей к 5'- или 3'-концу или в любом другом месте транскрипта или белка. [0253] In another aspect, the cell population is edited to allow the attachment of various mRNA and/or protein stabilizing or destabilizing sequences to the 5' or 3' end or anywhere else in the transcript or protein.
[0254] В некоторых аспектах популяция клеток ранее созданной клеточной линии может быть отредактирована с использованием способов, модулей, инструментов и систем автоматизированного редактирования по настоящему изобретению для создания библиотеки клеток для улучшения функции, здоровья и/или жизнеспособности клеток. Например, многие промышленные штаммы, используемые в настоящее время для крупномасштабного производства, были разработаны с использованием процессов случайного мутагенеза итеративно в течение многих лет, иногда десятилетий. Нежелательные нейтральные и вредные мутации были введены в штаммы вместе с полезными изменениями, и со временем это привело к появлению штаммов с недостаточной общей надежностью и ключевыми характеристиками, такими как скорость роста. В другом примере клеточные линии млекопитающих продолжают мутировать в течение определенного периода времени, и аналогичным образом эти клеточные линии могут стать нестабильными и приобрести нежелательные черты. Способы автоматизированного редактирования и автоматизированные мультимодульные инструменты для редактирования клеток по настоящему изобретению могут использовать такие стратегии редактирования, как обмен SNP и/или STR, создание вставки-удаления, или другие методики для удаления или изменения нежелательных последовательностей генома и/или введения новых последовательностей генома для устранения недостатков, сохраняя при этом желаемые свойства клеток.[0254] In some aspects, a cell population of a previously established cell line can be edited using the automated editing methods, modules, tools, and systems of the present invention to create a cell library to improve cell function, health, and/or viability. For example, many commercial strains currently used for large scale production have been developed using random mutagenesis processes iteratively over many years, sometimes decades. Unwanted neutral and deleterious mutations were introduced into strains along with beneficial changes, and over time this resulted in strains with insufficient overall reliability and key characteristics such as growth rate. In another example, mammalian cell lines continue to mutate over a period of time, and similarly, these cell lines can become unstable and acquire undesirable traits. The automated editing methods and automated multi-module cell editing tools of the present invention may use editing strategies such as SNP and/or STR exchange, insert-delete generation, or other techniques to remove or modify unwanted genome sequences and/or introduce new genome sequences to eliminate deficiencies while maintaining the desired properties of cells.
[0255] Когда используется рекурсивное редактирование, редактирование в индивидуальных клетках в библиотеке отредактированных клеток может содержать включение «посадочных площадок» в эктопический участок генома (например, локус CarT) для оптимизации экспрессии, стабильности и/или контроля. [0255] When recursive editing is used, editing in individual cells in a library of edited cells may include the inclusion of "landing sites" in the ectopic region of the genome (eg, CarT locus) to optimize expression, stability and/or control.
[0256] В некоторых вариантах осуществления каждая полученная библиотека, имеющая индивидуальные клетки, содержащие одно или более изменений (вставок или удалений), культивируется и анализируется по одному или нескольким критериям (например, для получения химического вещества или продукта, представляющего интерес). Клетки, обладающие конкретными критериями, затем связываются или коррелируются с одним или более конкретными изменениями в клетке. Таким образом может быть определено влияние данного изменения на любое количество представляющих интерес генетических или фенотипических признаков. Идентификация множественных изменений, связанных с конкретными критериями или улучшенными функциональными возможностями/надежностью, может привести к клеткам с очень желательными характеристиками.[0256] In some embodiments, each resulting library having individual cells containing one or more changes (inserts or deletions) is cultured and analyzed for one or more criteria (eg, to obtain a chemical or product of interest). Cells that have specific criteria are then associated or correlated with one or more specific changes in the cell. Thus, the effect of a given change on any number of genetic or phenotypic traits of interest can be determined. The identification of multiple changes associated with specific criteria or improved functionality/reliability can lead to cells with highly desirable characteristics.
Нокаутирующие или вводящие библиотекиKnockout or injection libraries
[0257] В некоторых аспектах настоящее раскрытие предлагает способы, модули, инструменты и системы автоматизированного редактирования для создания библиотеки клеток, имеющих «нокаутирующие» (KO) или «вводящие» (KI) изменения различных интересующих генов. Таким образом, настоящее изобретение предназначено для охвата библиотек отредактированных клеток, созданных с помощью способов автоматизированного редактирования и автоматизированных мультимодульных инструментов для редактирования клеток по настоящему изобретению, которые имеют одну или более мутаций, которые удаляют или снижают экспрессию выбранных интересующих генов, чтобы исследовать влияние этих изменений на функции гена в индивидуальных клетках внутри библиотеки клеток. [0257] In some aspects, the present disclosure provides automated editing methods, modules, tools, and systems for generating a library of cells having "knockout" (KO) or "introduce" (KI) changes to various genes of interest. Thus, the present invention is intended to encompass libraries of edited cells generated by the automated editing methods and automated multi-module cell editing tools of the present invention that have one or more mutations that remove or reduce the expression of selected genes of interest, in order to investigate the impact of these changes. on the function of a gene in individual cells within a cell library.
[0258] Библиотеки клеток могут быть созданы с использованием нацеленного гена KO (например, посредством вставки/удаления) или нескольких КО (например, посредством гомологически направленного ремонта). Например, двухцепочечные разрывы часто восстанавливаются посредством пути восстановления соединением негомологичных концов ДНК. Такое восстановление, как известно, подвержено ошибкам, и таким образом могут быть введены вставки и удаления, которые могут нарушить функцию гена. Предпочтительно изменения рационально разрабатываются для специфического воздействия на интересующие гены, и могут быть созданы отдельные клетки, имеющие KI или KI одного или нескольких интересующих локусов. Клетки, имеющие KO или KI двух или более интересующих локусов, могут быть созданы с использованием автоматизированного рекурсивного редактирования по настоящему изобретению.[0258] Cell libraries can be created using a targeted KO gene (eg, by insertion/deletion) or multiple KOs (eg, by homology-targeted repair). For example, double-strand breaks are often repaired through the path of repair by joining the non-homologous ends of the DNA. Such repair is known to be error prone, and thus insertions and deletions can be introduced that can disrupt the function of the gene. Preferably, the changes are rationally designed to specifically affect the genes of interest, and individual cells can be designed to have the KI or KI of one or more of the loci of interest. Cells having KO or KI of two or more loci of interest can be generated using the automated recursive editing of the present invention.
[0259] В конкретных аспектах библиотеки клеток KO или KI создаются с использованием одновременного мультиплексированного редактирования клеток внутри популяции клеток, и множество клеток внутри популяции клеток редактируются за один цикл редактирования, то есть множество изменений внутри клеток библиотеки выполняется за одну автоматизированную операцию. В других конкретных аспектах библиотеки клеток создаются с использованием рекурсивного редактирования индивидуальных клеток внутри популяции клеток, что приводит к объединению множественных изменений двух или более участков в геноме в одиночных клетках. [0259] In specific aspects, KO or KI cell libraries are created using simultaneous multiplexed editing of cells within a cell population, and multiple cells within a cell population are edited in a single edit cycle, i.e., multiple changes within the library cells are performed in a single automated operation. In other specific aspects, cell libraries are created using recursive editing of individual cells within a population of cells, resulting in the combination of multiple changes of two or more regions in the genome in single cells.
Замены SNP или коротких тандемных повторовSNP or short tandem repeat substitutions
[260] В одном аспекте библиотеки клеток создаются с использованием способов автоматизированного редактирования и автоматизированных мультимодульных инструментов для редактирования клеток по настоящему изобретению с помощью систематического введения или замещения единичных нуклеотидных полиморфизмов («SNP») в геномы индивидуальных клеток для того, чтобы создать библиотеку клеток с «обменом SNP». В некоторых вариантах осуществления способы обмена SNP по настоящему изобретению включают в себя как добавление полезных SNP, так и удаление вредных и/или нейтральных SNP. Обмены SNP могут предназначаться для кодирующих последовательностей, некодирующих последовательностей, или и для тех, и для других.[260] In one aspect, cell libraries are created using the automated editing methods and automated multi-module cell editing tools of the present invention by systematically introducing or substituting single nucleotide polymorphisms ("SNPs") into the genomes of individual cells in order to create a cell library with "SNP exchange". In some embodiments, the SNP exchange methods of the present invention include both the addition of beneficial SNPs and the removal of detrimental and/or neutral SNPs. SNP exchanges may be for coding sequences, non-coding sequences, or both.
[0261] В другом аспекте библиотека клеток создается с использованием способов, модулей, инструментов и систем автоматизированного редактирования по настоящему изобретению с помощью систематического введения или замещения коротких тандемных повторов («STR») в геномы индивидуальных клеток для того, чтобы создать библиотеку клеток с «обменом STR». В некоторых вариантах осуществления способы обмена STR по настоящему изобретению включают в себя как добавление полезных STR, так и удаление вредных и/или нейтральных STR. Обмены STR могут предназначаться для кодирующих последовательностей, некодирующих последовательностей, или и для тех, и для других.[0261] In another aspect, a cell library is generated using the automated editing methods, modules, tools, and systems of the present invention by systematically introducing or replacing short tandem repeats ("STRs") into the genomes of individual cells in order to create a cell library with " STR exchange. In some embodiments, the STR exchange methods of the present invention include both the addition of beneficial STRs and the removal of detrimental and/or neutral STRs. STR exchanges may be for coding sequences, non-coding sequences, or both.
[0262] В некоторых вариантах осуществления замена SNP и/или STR, используемая для создания библиотеки клеток, мультиплексируется, и множество клеток внутри популяции клеток редактируется в одном цикле редактирования, то есть множественные изменения в клетках библиотеки клеток выполняются в ходе единственной автоматизированной операции. В других вариантах осуществления замена SNP и/или STR, используемая для создания библиотеки клеток, является рекурсивной, что приводит к объединению множества полезных последовательностей и/или удалению вредных последовательностей в одиночных клетках. Множественные изменения могут быть либо конкретным набором определенных изменений, либо частично рандомизированной, комбинаторной библиотекой мутаций. Удаление вредных мутаций и объединение полезных мутаций может обеспечить немедленное улучшение различных клеточных процессов. Удаление генетического бремени или объединение полезных изменений в штамм без генетического бремени также обеспечивает новую надежную отправную точку для дополнительного случайного мутагенеза, который может способствовать дальнейшим улучшениям. [0262] In some embodiments, the SNP and/or STR replacement used to create a cell library is multiplexed and multiple cells within a cell population are edited in a single edit cycle, i.e., multiple changes to cells in the cell library are performed in a single automated operation. In other embodiments, the SNP and/or STR replacement used to create a cell library is recursive, resulting in the pooling of multiple beneficial sequences and/or deletion of detrimental sequences in single cells. Multiple changes can either be a specific set of defined changes, or a partially randomized, combinatorial library of mutations. Removing deleterious mutations and pooling beneficial mutations can provide immediate improvements in various cellular processes. Removing the genetic burden, or combining beneficial changes into a strain without the genetic burden, also provides a new reliable starting point for additional random mutagenesis that can lead to further improvements.
[0263] Обмен SNP преодолевает фундаментальные ограничения подходов случайного мутагенеза, поскольку это не случайный подход, а скорее систематическое введение или удаление индивидуальных мутаций в клетках. [0263] SNP exchange overcomes the fundamental limitations of random mutagenesis approaches, as it is not a random approach, but rather the systematic introduction or removal of individual mutations in cells.
Редактирование участка сплайсинга Editing a splice site
[0264] Сплайсинг РНК представляет собой процесс, во время которого интроны вырезаются, а экзоны сплайсируются вместе, чтобы создать иРНК, которая транслируется в белок. Точное распознавание сигналов сплайсинга клеточными механизмами имеет решающее значение для этого процесса. Соответственно, в некоторых аспектах популяция клеток редактируется с использованием систематического редактирования для известных и/или прогнозируемых донорных и/или акцепторных участков сплайсинга в различных локусах для создания библиотеки вариантов участков сплайсинга различных генов. Такое редактирование может помочь выяснить биологическое значение различных изоформ генов в клеточном контексте. Последовательности для рационального конструирования участков сплайсинга различных кодирующих областей, включая фактические или предсказанные мутации, связанные с различными заболеваниями млекопитающих, можно предсказать, используя методы анализа, такие как описанные в публикациях Nalla and Rogan, Hum Mutat, 25:334-342 (2005); Divina, et al., Eur J Hum Genet, 17:759-765 (2009); Desmet, et аl., Nucleic Acids Res, 37:e67 (2009); Faber, et al., BMC Bioinformatics, 12(suppl 4):S2 (2011).[0264] RNA splicing is a process during which introns are excised and exons are spliced together to create mRNA that is translated into protein. Accurate recognition of splicing signals by cellular mechanisms is critical to this process. Accordingly, in some aspects, a population of cells is edited using systematic editing for known and/or predicted donor and/or acceptor splice sites at various loci to create a library of splice site variants of various genes. Such editing may help elucidate the biological significance of different gene isoforms in a cellular context. Sequences for rationally constructing splice sites of various coding regions, including actual or predicted mutations associated with various mammalian diseases, can be predicted using analysis methods such as those described in Nalla and Rogan, Hum Mutat, 25:334-342 (2005); Divina, et al., Eur J Hum Genet, 17:759-765 (2009); Desmet, et al., Nucleic Acids Res, 37:e67 (2009); Faber, et al., BMC Bioinformatics, 12(suppl 4):S2 (2011).
Обмены стартстопных кодонов и включение аналогов нуклеиновых кислотStart-stop codon exchanges and incorporation of nucleic acid analogues
[0265] В некоторых аспектах настоящее раскрытие предлагает создание библиотек клеток с использованием способов, модулей, инструментов и систем автоматизированного редактирования по настоящему изобретению, где библиотеки создаются путем замены вариантов начального и конечного кодона по всему геному организма или для выбранного подмножества кодирующих областей в геноме, например, кинома или секретома. В этой библиотеке клеток индивидуальные клетки будут иметь один или более начальных и конечных кодонов, заменяющих нативный начальный или конечный кодон для одного или более интересующих генов. [0265] In some aspects, the present disclosure provides for the creation of cell libraries using the methods, modules, tools, and automated editing systems of the present invention, where the libraries are created by changing start and end codon variants throughout the genome of an organism or for a selected subset of coding regions in the genome, for example, kinoma or secretoma. Within this cell library, individual cells will have one or more start and end codons that replace the native start or end codon for one or more genes of interest.
[0266] Например, типичными начальными кодонами, используемыми эукариотами, являются ATG (AUG), а прокариоты чаще всего используют ATG (AUG), за которыми следуют GTG (GUG) и TTG (UUG). Эта библиотека клеток может включать в себя индивидуальные клетки, имеющие подстановки для нативных начальных кодонов для одного или более интересующих генов. [0266] For example, typical start codons used by eukaryotes are ATG (AUG), while prokaryotes most commonly use ATG (AUG), followed by GTG (GUG) and TTG (UUG). This cell library may include individual cells having native start codon substitutions for one or more genes of interest.
[0267] В некоторых аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены начальных кодонов ATG на TTG перед выбранными интересующими генами. В других аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены начальных кодонов ATG на GTG. В других аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены начальных кодонов GTG на АTG. В других аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены начальных кодонов GTG на ТTG. В других аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены начальных кодонов ТTG на АTG. В других аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены начальных кодонов ТTG на GTG. [0267] In some aspects, the present disclosure provides for the automated creation of a cell library by changing the initial ATG to TTG codons prior to selected genes of interest. In other aspects, the present disclosure provides for the automated creation of a cell library by changing the initial codons from ATG to GTG. In other aspects, the present disclosure provides for the automated creation of a cell library by changing the initial codons of GTG to ATG. In other aspects, the present disclosure provides for the automated creation of a cell library by changing the initial codons of GTG to TTG. In other aspects, the present disclosure provides for the automated generation of a cell library by changing the initial TTG to ATG codons. In other aspects, the present disclosure provides for the automated creation of a cell library by changing the initial TTG codons to GTG.
[0268] В других примерах типичными стоп-кодонами для S. cerevisiae и млекопитающих являются TAA (UAA) и TGA (UGA), соответственно. Типичным стоп-кодоном для однодольных растений является TGA (UGA), тогда как насекомые и E. coli обычно используют в качестве стоп-кодона TAA (UAA) (Dalphin et al., Nucl. Acids Res., 24: 216-218 (1996)). Эта библиотека клеток может включать в себя индивидуальные клетки, имеющие подстановки для нативных стоп-кодонов для одного или более интересующих генов. [0268] In other examples, typical stop codons for S. cerevisiae and mammals are TAA (UAA) and TGA (UGA), respectively. A typical stop codon for monocot plants is TGA (UGA), while insects and E. coli commonly use TAA (UAA) as the stop codon (Dalphin et al., Nucl. Acids Res., 24: 216-218 (1996 )). This cell library may include individual cells having native stop codon substitutions for one or more genes of interest.
[0269] В некоторых аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены стоп-кодонов TAA на TAG. В других аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены стоп-кодонов TAA на TGA. В других аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены стоп-кодонов TGA на TAA. В других аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены стоп-кодонов TGA на TAG. В других аспектах настоящее раскрытие предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены стоп-кодонов TAG на TAA. В других аспектах настоящее изобретение предлагает автоматизированное создание библиотеки клеток путем замены стоп-кодонов TAG на TGA.[0269] In some aspects, the present disclosure provides automated generation of a cell library by replacing TAA stop codons with TAG. In other aspects, the present disclosure provides for the automated generation of a cell library by replacing TAA with TGA stop codons. In other aspects, the present disclosure provides automated generation of a cell library by replacing TGA with TAA stop codons. In other aspects, the present disclosure provides for the automated creation of a cell library by replacing TGA with TAG stop codons. In other aspects, the present disclosure provides for the automated creation of a cell library by changing stop codons from TAG to TAA. In other aspects, the present invention provides for the automated generation of a cell library by changing stop codons from TAG to TGA.
Обмены и лесенки терминатораTerminator exchanges and ladders
[0270] Одним из механизмов определения оптимальной терминации предварительно сплайсированной иРНК одного или нескольких интересующих генов является создание библиотеки клеток с «заменой терминаторов», в которой клетки содержат генетические изменения, имеющие определенные последовательности терминаторов, связанные с одним или более интересующими генами. Соответственно, библиотеки клеток, созданные с использованием способов, модулей, инструментов и систем по настоящему изобретению, могут быть библиотеками клеток с заменой терминаторов, которые можно использовать, например, для воздействия на стабильность иРНК путем высвобождения транскриптов из участков синтеза. В других вариантах осуществления библиотеку клеток с заменой терминаторов можно использовать для идентификации увеличения или уменьшения эффективности терминации транскрипции и, таким образом, накопления несплайсированной предварительной иРНК (см., например, West and Proudfoot, Mol Cell.; 33(3-9); 354-364 (2009)) и/или обработки 3' конца (см., например, West, et al., Mol Cell. 29(5):600-10 (2008)). В том случае, когда ген связан с несколькими участками терминации, при редактировании можно редактировать комбинацию правок для нескольких терминаторов, связанных с геном. Дополнительные аминокислоты также могут быть добавлены к концам белков для определения влияния длины белка на терминаторы. [0270] One mechanism for determining optimal termination of a pre-spliced mRNA of one or more genes of interest is to create a "terminator swap" cell library in which cells contain genetic alterations having specific terminator sequences associated with one or more genes of interest. Accordingly, cell libraries constructed using the methods, modules, tools, and systems of the present invention may be terminator-swapped cell libraries that can be used, for example, to influence mRNA stability by releasing transcripts from synthesis sites. In other embodiments, a library of terminator-swapped cells can be used to identify an increase or decrease in the efficiency of transcription termination and thus accumulation of unspliced pre-mRNA (see, for example, West and Proudfoot, Mol Cell.; 33(3-9); 354 -364 (2009)) and/or 3' end treatments (see, for example, West, et al., Mol Cell. 29(5):600-10 (2008)). In the case when a gene is associated with several termination regions, it is possible to edit a combination of edits for several terminators associated with the gene during editing. Additional amino acids can also be added to the ends of proteins to determine the effect of protein length on terminators.
[0271] Эти библиотеки клеток могут использовать любое заданное количество редакций терминаторов, которые были выбраны для лесенки терминаторов на основе проявления диапазона активности, и любое заданное количество целевых генов. Лесенка терминирующих последовательностей варьирует экспрессию по меньшей мере одного локуса по меньшей мере при одном условии. Эта лесенка затем систематически применяется к группе генов в организме, используя способы, модули, инструменты и системы автоматизированного редактирования по настоящему изобретению. [0271] These cell libraries can use any given number of terminator revisions that have been selected for the terminator ladder based on the range of activity exhibited, and any given number of target genes. The ladder of termination sequences varies the expression of at least one locus under at least one condition. This ladder is then systematically applied to a group of genes in an organism using the automated editing methods, modules, tools and systems of the present invention.
[0272] В некоторых аспектах настоящее раскрытие предлагает создание библиотек клеток с использованием способов, модулей, инструментов и систем автоматизированного редактирования по настоящему изобретению, где библиотеки создаются для редактирования сигналов терминатора в одной или нескольких областях генома в отдельных клетках библиотеки. Терминация транскрипции в эукариотах осуществляется посредством сигналов терминатора, которые распознаются белковыми факторами, связанными с РНК-полимеразой II. Например, библиотека клеток может содержать индивидуальные эукариотические клетки с изменениями в генах, кодирующих фактор специфичности полиаденилирования (CPSF) и фактор стимуляции расщепления (CstF), и/или в генах, кодирующих белки, рекрутированные факторами CPSF и CstF в участки терминации. У прокариот два основных механизма, называемых Rho-независимой и Rho-зависимой терминацией, опосредуют терминацию транскрипции. Например, библиотека клеток может содержать индивидуальные прокариотические клетки с изменениями в генах, кодирующих белки, которые влияют на связывание, эффективность и/или активность этих путей терминации. [0272] In some aspects, the present disclosure provides for the creation of cell libraries using the automated editing methods, modules, tools, and systems of the present invention, where the libraries are created to edit terminator signals in one or more regions of the genome in individual cells of the library. Transcription termination in eukaryotes is mediated by terminator signals, which are recognized by protein factors associated with RNA polymerase II. For example, a cell library may contain individual eukaryotic cells with alterations in genes encoding polyadenylation specificity factor (CPSF) and cleavage-stimulating factor (CstF) and/or in genes encoding proteins recruited by CPSF and CstF to termination sites. In prokaryotes, two major mechanisms, termed Rho-independent and Rho-dependent termination, mediate transcriptional termination. For example, a cell library may contain individual prokaryotic cells with changes in protein-coding genes that affect the binding, efficiency, and/or activity of these termination pathways.
[0273] В некоторых аспектах настоящее раскрытие предлагает способы выбора терминирующих последовательностей («терминаторов») с оптимальными свойствами. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящее раскрытие предлагает способы для введения и/или редактирования одного или более терминаторов и/или генерирования вариантов одного или более терминаторов внутри клетки-хозяина, которые демонстрируют диапазон активности. Конкретная комбинация терминаторов может быть сгруппирована вместе в виде лесенки терминаторов, и клеточные библиотеки по настоящему описанию включают в себя отдельные клетки, которые представляют терминаторы, функционально связанные с одним или более целевых интересующих генов на в остальном идентичном генетическом фоне. Примеры неавтоматизированных стратегий редактирования, которые могут быть модифицированы для использования автоматизированных инструментов, можно найти, например, в американском патенте № 9988624 (Serber et al.), озаглавленном как «Улучшение микробных штаммов с помощью платформы геномной инженерии HTP». [0273] In some aspects, the present disclosure provides methods for selecting termination sequences ("terminators") with optimal properties. For example, in some embodiments, the present disclosure provides methods for introducing and/or editing one or more terminators and/or generating variants of one or more terminators within a host cell that exhibit a range of activity. A particular combination of terminators can be grouped together as a ladder of terminators, and the cell libraries of the present disclosure include single cells that represent terminators operably linked to one or more target genes of interest in an otherwise identical genetic background. Examples of manual editing strategies that can be modified to use automated tools can be found, for example, in US Pat.
[0274] В конкретных аспектах библиотека клеток с обменом терминаторов производится путем редактирования набора целевых генов, которые должны быть функционально связаны с заранее выбранным набором терминаторов, которые действуют как «лесенка терминаторов» для экспрессии интересующих генов. Например, клетки редактируются так, чтобы эндогенный промотор был функционально связан с индивидуальными интересующими генами, редактируемыми различными промоторами в промоторной лесенке. Когда эндогенный промотор не существует, его последовательность является неизвестной, или он был ранее изменен некоторым образом, индивидуальные промоторы промоторной лесенки могут быть вставлены перед интересующими генами. Эти полученные клеточные библиотеки содержат отдельные клетки с индивидуальным промотором лесенки, функционально связанным с одним или несколькими целевыми генами в идентичном во всех остальных отношениях генетическом контексте. Рассматриваемая лесенка терминаторов затем связывается с данным интересующим геном. [0274] In specific aspects, a cell library with terminator exchange is produced by editing a set of target genes to be operably linked to a preselected set of terminators that act as a "terminator ladder" to express the genes of interest. For example, cells are edited so that an endogenous promoter is operably linked to individual genes of interest edited by different promoters in the promoter ladder. When an endogenous promoter does not exist, its sequence is unknown, or it has been previously altered in some way, individual promoter ladder promoters can be inserted before the genes of interest. These resulting cell libraries contain single cells with an individual ladder promoter operably linked to one or more target genes in an otherwise identical genetic context. The terminator ladder in question is then associated with that gene of interest.
[0275] Лесенка терминаторов может использоваться для более общего воздействия на терминацию всех или большинства ORF в геноме или в выбранном подмножестве генома, например, ORF кинома или секретома. Набор целевых генов также может быть генами, о которых известно или предполагается, что они участвуют в конкретном клеточном пути, например, регуляторном пути или сигнальном пути. Набор целевых генов может быть открытыми рамками считывания, относящимися к функции, относящейся к ранее продемонстрированным полезным изменениям (предыдущим обменам промотора или предыдущим обменам SNP), алгоритмическому выбору на основе эпистатических взаимодействий между ранее созданными изменениями, другим критериям отбора, основанным на гипотезах относительно полезных для цели ORF, или случайно выбранными. В конкретных вариантах осуществления целевые гены могут содержать гены, не кодирующие белки, включая некодирующие РНК.[0275] The terminator ladder can be used to more generally affect the termination of all or most of the ORFs in the genome, or in a selected subset of the genome, such as a kinome or secretome ORF. The set of target genes may also be genes known or suspected to be involved in a particular cellular pathway, such as a regulatory pathway or a signaling pathway. The set of target genes can be open reading frames related to function related to previously demonstrated beneficial changes (previous promoter exchanges or previous SNP exchanges), algorithmic selection based on epistatic interactions between previously created changes, other selection criteria based on hypotheses regarding benefits for ORF targets, or randomly selected. In specific embodiments, target genes may contain genes that do not code for proteins, including non-coding RNAs.
ПРИМЕРЫEXAMPLES
[0276] Следующие примеры приведены для того, чтобы предоставить специалистам в данной области техники полное раскрытие и описание способов создания и использования настоящего изобретения, и не предназначены для ограничения объема того, что авторы считают своим изобретением, и при этом они не подразумевают, а также не означают того, что приводимые ниже эксперименты являются всеми или единственными выполненными экспериментами. Предполагается, что другие эквивалентные способы, стадии и композиции входят в объем настоящего изобретения. Авторами были приложены все усилия для того, чтобы гарантировать точность использованных чисел (например, количества, температуры и т.д.), но некоторые экспериментальные погрешности и отклонения все-таки необходимо учитывать. Если не указано иное, части являются массовыми частями, молекулярная масса является средневесовой молекулярной массой, температура определяется в градусах по Цельсию, а давление является атмосферным или близким к атмосферному. [0276] The following examples are provided to provide those skilled in the art with a complete disclosure and description of how to make and use the present invention, and are not intended to limit the scope of what the authors consider their invention to be, nor do they imply, nor do not mean that the experiments below are all or the only experiments performed. It is assumed that other equivalent methods, steps and compositions are included in the scope of the present invention. Every effort has been made by the authors to ensure the accuracy of the numbers used (eg quantities, temperatures, etc.), but some experimental errors and deviations still need to be taken into account. Unless otherwise indicated, parts are parts by weight, molecular weight is weight average molecular weight, temperature is in degrees Celsius, and pressure is atmospheric or near atmospheric.
Пример 1: Оценка пригодности модельной индуцибeльной системыExample 1: Evaluation of the suitability of a model inducible system
[0277] Были оценены основные компоненты модельной системы. Модельная система содержала клетки Е. coli, трансформированные с помощью вектора-двигателя, где вектор-двигатель содержал кодирующую последовательность для нуклеазы MAD (то есть нуклеазы MAD 4 или MAD 7) под управлением термоиндуцибeльного промотора pL, маркер устойчивости к хлорамфениколу и рекомбинационную систему λ Red под управлением промотора pBAD (индуцируемого добавлением арабинозы в питательную среду). Клетки E.coli были также трансформированы с помощью редактирующего вектора, содержащего редактирующий олигонуклеотид, который в этой модельной системе был библиотекой редактирующих олигонуклеотидов, выполненных с возможностью инактивации galK, где успешное редактирование дает белые (по сравнению с красными) колонии при посеве на агар-агаре Макконки, содержащем галактозу в качестве единственного источника углерода. В дополнение к этому, редактирующий вектор содержал кодирующую последовательность гРНК под управлением индуцируемого температурой промотора pL, маркер устойчивости к карбенициллину и последовательность для удаления, мутации или иного инактивирования области PAM в целевой последовательности. Фиг. 11A и 11B изображают примерный вектор-двигатель (Фиг. 11A) и редактирующий вектор (Фиг. 11B), которые могут использоваться в описанных в настоящем документе примерных процессах редактирования. На Фиг. 11A примерный вектор-двигатель 1110 (p197) содержит репликатор 1112 и промотор 1114, управляющий экспрессией гена, кодирующего репрессор 1116 c1857, который управляет промотором pL. Первый промотор pL в этом примерном варианте осуществления управляет транскрипцией гРНК на редактирующем векторе, как описано со ссылкой на Фиг. 11B ниже, а второй промотор pL 1118 на векторе-двигателе управляет экспрессией нуклеазы 1120. Промотор, управляющий нуклеазой 1120, может быть индуцибельным или конститутивным промотором; однако наиболее жесткая регуляция системы на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы достигается при использовании индуцибeльного промотора для управления экспрессией нуклеазы, а также направляющей нуклеиновой кислоты. Опять же, одинаковые индуцибeльные промоторы и различные индуцибeльные промоторы могут использоваться для управления транскрипцией направляющей нуклеиновой кислоты и нуклеазы. Промотор pL может регулироваться (например, подавляться или индуцироваться) термолабильным репрессором c1857 (1116), который является активным при разрешающих температурах (например, 30°C) и неактивным при более высоких температурах (например, 42°C). Регуляция промотора pL более подробно показана на Фиг. 1C выше. [0277] The main components of the model system were evaluated. The model system contained E. coli cells transformed with a motor vector, where the motor vector contained the coding sequence for the MAD nuclease (i.e., the
[0278] Вектор-двигатель на Фиг. 11A дополнительно содержит промотор pBAD (1140), управляющий экспрессией компонентов рекомбинационной системы λ Red (1142). Промотор pBAD, как и промотор pL, является индуцибeльным промотором; однако промотор pBAD регулируется (индуцируется) добавлением арабинозы к среде для выращивания. Следует отметить, что в этой примерной системе бактериального редактирования рекомбинационная система, такая как рекомбинационная система λ Red, предусматривается как компонент системы редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы для починки разрывов ДНК, которые происходят во время редактирования. В некоторых вариантах осуществления, однако, редактируемые клетки могут уже содержать рекомбинационную систему (например, эписомально, интегрированную в клеточный геном или естественным образом). Кроме того, хотя здесь иллюстрируется рекомбинационная система λ Red, следует понимать, что могут использоваться другие рекомбинационные системы. Кроме того, клетки - такие как клетки дрожжей, растений и животных - не нуждаются в рекомбинационной системе, эквивалентной рекомбинационной системе λ Red, для восстановления разрывов ДНК, возникающих в результате редактирования. Таким образом редактирующие компоненты направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы для, например, клеток дрожжей, растений и животных не обязательно должны включать в себя гетерологичную рекомбинационную систему. Наконец, примерный вектор-двигатель 1110 содержит промотор 1150, управляющий экспрессией селектируемого маркера 1152 хлорамфеникола. Кроме того, вектор-двигатель и все другие векторы или конструкции, используемые в раскрытом способе, содержат подходящие управляющие элементы (например, сигналы полиаденилирования, энхансеры), функционально связанные с компонентами системы редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы.[0278] The motor vector in FIG. 11A additionally contains the pBAD (1140) promoter driving the expression of components of the λ Red (1142) recombination system. The pBAD promoter, like the pL promoter, is an inducible promoter; however, the pBAD promoter is regulated (induced) by the addition of arabinose to the growth medium. It should be noted that in this exemplary bacterial editing system, a recombination system, such as the λ Red recombination system, is provided as a component of a nucleic acid-directed nuclease-based editing system to repair DNA breaks that occur during editing. In some embodiments, however, the edited cells may already contain a recombination system (eg, episomal, integrated into the cellular genome, or naturally). In addition, while the λ Red recombination system is illustrated here, it should be understood that other recombination systems may be used. In addition, cells - such as yeast, plant and animal cells - do not need a recombination system equivalent to the λ Red recombination system to repair DNA breaks resulting from editing. Thus, nucleic acid-directed nuclease editing components for, for example, yeast, plant, and animal cells need not include a heterologous recombination system. Finally, an
[0279] Фиг. 11B изображает примерный редактирующий вектор 1130 (pLFORGE). Редактирующий вектор 1130 содержит репликатор 1132 и промотор 1134 pL, управляющий экспрессией редактирующей кассеты 1136. Редактирующая кассета содержит кодирующую последовательность для гРНК 1144, спейсер 1146 и донорную ДНК 1158 (содержащую гомологичные плечи, располагающиеся по бокам желаемого изменения в целевой последовательности). Редактирующий вектор 1130 также содержит промотор 1154, управляющий экспрессией селектируемого маркера 1156 карбенициллина. Следует отметить, что pL-индуцибeльный промотор 1134 кодируется на скелете вектора и не является частью редактирующей кассеты 1136; однако в других вариантах осуществления индуцибeльный промотор, управляющий транскрипцией гРНК, может быть частью редактирующей кассеты. Фиг. 11A и 11B изображают примерные вектор-двигатель и редактирующий вектор, соответственно, но специалисту в данной области техники с учетом настоящего описания будет понятно, что все элементы системы редактирования на основе направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы могут содержаться на единственной плазмиде, или элементы, показанные на векторе-двигателе и редактирующем векторе на Фиг. 11A и 11B, могут находиться на векторе, отличающемся от показанного. Например, промотор pBAD и рекомбинационная система λ Red могут находиться на редактирующем векторе, а не на векторе-двигателе; аналогичным образом ген для репрессора c1857 может находиться на редактирующем векторе, а не на векторе-двигателе. [0279] FIG. 11B depicts an exemplary edit vector 1130 (pLFORGE).
[0280] Фиг. 12 представляет собой гистограмму, показывающую эффективность трансформации, наблюдаемую для кассет нацеливания гРНК galK под различными промоторами. Эффективность трансформации неиндуцированных промоторов является показателем утечки промоторов. Если имеется высокая базальная экспрессия гРНК (например, «утечка»), то количество КОЕ будет низким. Если имеется низкая базальная экспрессия гРНК (например, жесткое регулирование), то количество КОЕ будет высоким. Эксперимент с нецелевыми гРНК выполнялся с пулом кассет, предназначенных для нацеливания на неактивные последовательности PAM, которые не могут способствовать связыванию и расщеплению гРНК и нуклеазы. Для каждого из изображенных промоторов (pL, pBAD и sigma32) после промотора клонировалась кассета, нацеленная на galK с помощью TTTC PAM, и спейсер, сконфигурированный для вставки стоп-кодона в аминокислоту D70. Концентрации плазмид были нормализованы до 50 нг/мкл и трансформированы в равные объемы клеток. КОЕ посевов для серийных разбавлений использовались для определения эффективности трансформации, выраженной в КОЕ/мкг. Промотор J23119 является конститутивным промотором, промотор pL индуцируется высокой температурой, промотор pBAD индуцируется присутствием арабинозы в среде для выращивания, и промотор sigma32 индуцируется в клетках стационарной фазы. Для нуклеазы MAD7 промотор sigma32 демонстрирует экспрессию с утечкой, в то время как промоторы pL и pBAD жестко репрессируются.[0280] FIG. 12 is a bar graph showing the transformation efficiency observed for galK gRNA targeting cassettes under various promoters. The transformation efficiency of uninduced promoters is an indicator of promoter leakage. If there is high basal gRNA expression (e.g. "leakage"), then the CFU count will be low. If there is low basal gRNA expression (eg, tight regulation), then the number of CFUs will be high. The non-targeted gRNA experiment was performed with a pool of cassettes designed to target inactive PAM sequences that cannot promote gRNA and nuclease binding and cleavage. For each of the promoters shown (pL, pBAD and sigma32), a galK-targeted cassette with TTTC PAM and a spacer configured to insert a stop codon at amino acid D70 were cloned after the promoter. Plasmid concentrations were normalized to 50 ng/µl and transformed into equal cell volumes. The CFU of the serial dilution inoculations were used to determine the transformation efficiency, expressed in CFU/µg. The J23119 promoter is a constitutive promoter, the pL promoter is induced by high temperature, the pBAD promoter is induced by the presence of arabinose in the growth medium, and the sigma32 promoter is induced in stationary phase cells. For the MAD7 nuclease, the sigma32 promoter exhibits leaky expression, while the pL and pBAD promoters are heavily repressed.
[0281] Фиг. 13 представляет собой график, показывающий влияние термической индукции на жизнеспособность клетки. В этом эксперименте был разработан пул кассет для нацеливания на неактивную последовательность PAM. Клетки были разбавлены в соотношении 1/50 по объему в микротитровальных пластинах, содержащих 200 мкл LB+хлорамфеникол/карбенициллин. Разбавленные культуры индуцировались в течение 1 час при указанных температурах перед возвращением к 30°C при непрерывном встряхивании в планшет-ридере Infinite M Nano+. T0 соответствует времени стадии индуцирования, а рост отслеживался путем измерения OD600 с 10-минутными интервалами. Следует отметить, что высокотемпературное (42°C) индуцирование не оказывает влияния на жизнеспособность клетки или скорость роста. [0281] FIG. 13 is a graph showing the effect of thermal induction on cell viability. In this experiment, a pool of cassettes was designed to target an inactive PAM sequence. Cells were diluted 1/50 by volume in microtiter plates containing 200 μl of LB+chloramphenicol/carbenicillin. The diluted cultures were induced for 1 hour at the indicated temperatures before returning to 30° C. with continuous shaking in an Infinite M Nano+ plate reader. T 0 corresponds to the time of the stage of induction, and growth was monitored by measuring OD600 at 10-minute intervals. It should be noted that high temperature (42°C) induction does not affect cell viability or growth rate.
[0282] Фиг. 14 показывает результаты объединенных экспериментов по индукции с использованием редактирующей кассеты с подтвержденной последовательностью, которая нацелена на локус galK и вводит стоп-кодон в аминокислоту D70. После трехчасового роста клетки либо индуцировались при 42°C в течение 15 мин, либо сохранялись при 30°C перед посевом для серийных разбавлений. Величина КОЕ/мл вычислялась на основе объемов посева. Для справки пунктирная линия на Фиг. 14 показывает типичное значение КОЕ, получаемое в эквивалентном эксперименте с использованием конститутивного промотора J23119 (данные не показаны). Как можно заметить, отсутствие индукции (то есть отсутствие редактирования) обеспечивает высокую эффективность трансформации (10-100 раз) из-за отсутствия токсичных разрывов двухцепочечной ДНК. [0282] FIG. 14 shows the results of pooled induction experiments using a sequence verified editing cassette that targets the galK locus and introduces a stop codon at amino acid D70. After three hours of growth, cells were either induced at 42°C for 15 min or kept at 30°C before seeding for serial dilutions. The CFU/ml value was calculated based on the inoculation volumes. For reference, the dotted line in Fig. 14 shows a typical CFU value obtained in an equivalent experiment using the J23119 constitutive promoter (data not shown). As can be seen, the absence of induction (i.e., the absence of editing) ensures high transformation efficiency (10-100 fold) due to the absence of toxic DNA double-strand breaks.
[0283] Фиг. 15 показывает профили роста случайным образом выбранных вариантов из библиотеки тихих мутаций PAM (SPM). Эта библиотека из 500 элементов нацелена на области, расположенные по всему организму E. coli, и объединяет синонимичные мутации, которые не имеют ожидаемых эффектов приспособляемости. Колонии отбирались из агаровых пластин с неиндуцированными трансформированными клетками. Клетки отбирались из агаровой пластинки и выращивались в 200 мкл LB+хлорамфеникол/карбенициллин в течение ночи в 96-луночной микротитровальной пластине. Затем 10 мкл содержимого лунок исходной микротитровальной пластины переносились на две реплики дочерних микротитровальных пластин, которые не подвергались индукции (наверху) или индукции гРНК и нуклеазы (посредством pL-индуцибeльного промотора) в течение 1 часа при 42°C (внизу). Карты лунок показывают относительную OD через 6 час. Врезки показывают примеры полных кривых роста для указанных лунок в качестве справки. Лунки с репликами представляют рост, наблюдаемый для кассет одной и той же конструкции с индукцией гРНК или без нее. В то время как большинство лунок для пластины без индукции показывают нормальные профили роста, пластина с индукцией показывает, что большая часть конструкций гРНК все еще является активной при индуцировании, на что указывает большая задержка до того момента, как клетки достигнут экспоненциального роста. Таким образом, активно редактируемые клетки имеют пониженную жизнеспособность из-за повреждения ДНК, так что многие из них вымирают, а выжившие отредактированные клетки с самого начала растут медленно, поскольку клеточный механизм работает над восстановлением редактирования. Эта характеристика отредактированных клеток может использоваться для скрининга активного редактирования с высокой производительностью.[0283] FIG. 15 shows the growth profiles of randomly selected variants from the PAM silent mutation (SPM) library. This 500-element library targets regions throughout the E. coli body and combines synonymous mutations that do not have the expected fitness effects. Colonies were selected from agar plates with non-induced transformed cells. Cells were taken from an agar plate and grown in 200 μl LB+chloramphenicol/carbenicillin overnight in a 96-well microtiter plate. Then, 10 μl of the contents of the wells of the original microtiter plate were transferred to two replicas of daughter microtiter plates that were not inducible (top) or gRNA and nuclease induction (via the pL-inducible promoter) for 1 hour at 42°C (bottom). Well maps show relative OD at 6 hours. The insets show examples of complete growth curves for the indicated wells for reference. Replicate wells represent the growth observed for cassettes of the same construct with or without gRNA induction. While most wells for the non-induction plate show normal growth profiles, the induction plate shows that most of the gRNA constructs are still active when induced, as indicated by the long delay before the cells reach exponential growth. Thus, actively edited cells have reduced viability due to DNA damage so that many of them die, and edited cells that survive grow slowly from the start as the cellular machinery works to restore editing. This characteristic of edited cells can be used for high throughput active editing screening.
Пример 2: Амплификация и сборка редактирующей кассеты и основной цепиExample 2: Amplification and Assembly of Editing Cassette and Backbone
[0284] Подготовка редактирующей кассеты: 5 нМ олигонуклеотидов, синтезированных на чипе, были амплифицированы с использованием полимеразы Q5 в объемах 50 мкл. Условия PCR были следующими: 95°C в течение 1 мин; 8 циклов при 95°C в течение 30 с/60°C в течение 30 с/72°C в течение 2,5 мин; с окончательной выдержкой при 72°C в течение 5 мин. После амплификации продукты PCR были подвергнуты очистке SPRI, где 30 мкл смеси SPRI добавлялись к 50 мкл реакции ПЦР и инкубировались в течение 2 мин. Пробирки были подвергнуты воздействию магнитного поля в течение 2 мин, жидкость была удалена, и шарики были промыты 2 раза 80%-ным этанолом с перерывом в 1 мин между промывками. После окончательной промывки шарикам давали высохнуть в течение 2 минут, в пробирки добавляли 50 мкл 0,5x TE с pH 8,0, и шарики встряхивали для перемешивания. Эта суспензия культивировалась при комнатной температуре в течение 2 мин, а затем подвергалась воздействию магнитного поля в течение 2 мин. Затем элюат удалялся, и ДНК определялась количественно.[0284] Preparing the Edit Cassette: 5 nM oligonucleotides synthesized on the chip were amplified using polymerase Q5 in volumes of 50 μl. PCR conditions were as follows: 95°C for 1 min; 8 cycles at 95°C for 30 s/60°C for 30 s/72°C for 2.5 min; with a final hold at 72°C for 5 min. After amplification, the PCR products were subjected to SPRI purification, where 30 µl of the SPRI mixture was added to 50 µl of the PCR reaction and incubated for 2 min. The tubes were subjected to a magnetic field for 2 minutes, the liquid was removed and the beads were washed 2 times with 80% ethanol with a 1 minute break between washes. After the final wash, the beads were allowed to dry for 2 minutes, 50 μl of 0.5x TE pH 8.0 was added to the tubes and the beads were shaken to mix. This suspension was cultured at room temperature for 2 min and then subjected to a magnetic field for 2 min. Then the eluate was removed and the DNA was quantified.
[0285] После количественного анализа вторая процедура амплификации выполнялась с использованием разбавления элюата после очистки SPRI. PCR выполнялась при следующих условиях: 95°C в течение 1 мин; 18 циклов при 95°C в течение 30 с/72°C в течение 2,5 мин; с окончательной выдержкой при 72°C в течение 5 мин. Ампликоны были проверены на 2%-ном агарозном геле, и были идентифицированы пулы с наиболее чистым выходом (выходами). Продукты амплификации, содержащие гетеродимеры или химеры, не использовались. [0285] After quantification, a second amplification procedure was performed using a dilution of the eluate after SPRI purification. PCR was performed under the following conditions: 95°C for 1 min; 18 cycles at 95°C for 30 s/72°C for 2.5 min; with a final hold at 72°C for 5 min. The amplicons were tested on a 2% agarose gel and the pools with the purest yield(s) were identified. Amplification products containing heterodimers or chimeras were not used.
[0286] Подготовка основной цепи: Была выполнена 10-кратная серия серийных разбавлений очищенной основной цепи, и каждая из серий разбавленных основных цепей была амплифицирована при следующих условиях: 95°C в течение 1 мин; затем 30 циклов при 95°C в течение 30 с/60°C в течение 1,5 мин/72°C в течение 2,5 мин; с окончательной выдержкой при 72°C в течение 5 мин. После амплификации амплифицированная основная цепь была подвергнута очистке SPRI, описанной выше для кассет. Основная цепь элюировалась в 100 мкл дистиллированной деминерализированной воды и количественно определялась перед сборкой Gibson Assembly®. [0286] Preparing the main circuit: A 10-fold serial dilution series of the purified backbone was performed, and each of the backbone dilution series was amplified under the following conditions: 95° C. for 1 min; then 30 cycles at 95°C for 30 s/60°C for 1.5 min/72°C for 2.5 min; with a final hold at 72°C for 5 min. After amplification, the amplified backbone was subjected to the SPRI purification described above for the cassettes. The backbone was eluted in 100 µl of distilled demineralized water and quantified prior to Gibson Assembly® assembly.
[0287] Сборка Gibson Assembly: 150 нг основной цепи ДНК было объединено со 100 нг кассетной ДНК. Был добавлен равный объем 2x Gibson Master Mix, и реакционная смесь инкубировалась в течение 45 мин при 50°C. После сборки собранная основная цепь и кассеты были подвергнуты очистке SPRI, как было описано выше. [0287] Gibson Assembly: 150 ng of DNA backbone was combined with 100 ng of cassette DNA. An equal volume of 2x Gibson Master Mix was added and the reaction mixture was incubated for 45 min at 50°C. After assembly, the assembled main chain and cassettes were subjected to SPRI cleaning as described above.
Пример 3: Трансформация библиотеки редактирующих векторов в E cloni®Example 3: Transformation of the Editing Vector Library into E cloni®
[0288] Трансформация: 20 мкл подготовленной реакционной смеси редактирующего вектора Gibson Assembly были добавлены к 30 мкл охлажденной воды вместе с 10 мкл максимально компетентных клеток E cloni® (Lucigen, Миддлтон, Висконсин). Аликвоты трансформированных клеток высевались пятнами для проверки эффективности трансформации, при этом для продолжения требовалось более чем 100-кратное покрытие. Трансформированные клетки E cloni® выращивались в 25 мл SOB+100 мкг/мл карбенициллина. Исходные глицериновые смеси получали из насыщенной культуры путем добавления 500 мкл 50% глицерина к 1000 мкл насыщенной ночной культуры. Эти исходные смеси были заморожены при -80°C. Эта стадия является необязательной и обеспечивает готовое сырье клонированной редактирующей библиотеки. Альтернативно перед каждым экспериментом редактирования может выполняться гибсоновская или другая сборка редактирующих кассет и основной цепи вектора.[0288] Transformation: 20 µl of the prepared Gibson Assembly Editing Vector Reaction Mix was added to 30 µl of chilled water along with 10 µl of E cloni® maximally competent cells (Lucigen, Middleton, Wisconsin). Aliquots of transformed cells were spot-plated to test for transformation efficiency, with more than 100x coverage required to continue. Transformed E cloni® cells were grown in 25 ml SOB + 100 μg/ml carbenicillin. Initial glycerol mixtures were prepared from a saturated culture by adding 500 μl of 50% glycerol to 1000 μl of a saturated overnight culture. These initial mixtures were frozen at -80°C. This step is optional and provides the finished raw material of the cloned editing library. Alternatively, Gibsonian or other assembly of the editing cassettes and the vector backbone can be performed prior to each editing experiment.
Пример 4: Подготовка компетентных клетокExample 4 Preparation of Competent Cells
[0289] 1 мл аликвота свежевыращенной ночной культуры клеток EC1, трансформированных с помощью вектора-двигателя, была добавлена в колбу емкостью 250 мл, содержащую среду из 100 мл LB/SOB+25 мкг/мл хлорамфеникола. Клетки выращивались до OD 0,4-0,7, и рост клеток был остановлен путем переноса культуры на лед на 10 мин. Клетки были осаждены при 8000 g в роторе JA-18 в течение 5 мин, промыты 3 раза 50 мл ледяной дистиллированной деминерализированной воды или 10%-ным глицерином, и осаждены при 8000 g в роторе JA-18 в течение 5 мин. Промытые клетки были повторно суспендированы в ледяном 10%-ном глицерине на 5 мл и поделены на аликвоты по 200 мкл. Опционально в этой точке глицериновое сырье могло сохраняться при -80°C для более позднего использования.[0289] A 1 ml aliquot of a fresh overnight culture of EC1 cells transformed with a motor vector was added to a 250 ml flask containing 100 ml LB/SOB+25 μg/ml chloramphenicol medium. Cells were grown to OD 0.4-0.7 and cell growth was stopped by transferring the culture to ice for 10 minutes. Cells were pelleted at 8000 g in a JA-18 rotor for 5 min, washed 3 times with 50 ml of ice-cold distilled demineralized water or 10% glycerol, and pelleted at 8000 g in a JA-18 rotor for 5 min. Washed cells were resuspended in 5 ml ice-cold 10% glycerol and divided into 200 μl aliquots. Optionally, at this point, the glycerin raw material could be stored at -80°C for later use.
Пример 5: Создание новой клеточной линии, трансформированной с помощью вектора-двигателя Example 5: Creation of a New Cell Line Transformed with a Motor Vector
[0290] Трансформация: 1 мкл ДНК вектора-двигателя (содержащей кодирующую последовательность для нуклеазы MAD7 под управлением pL-индуцибeльного промотора, ген устойчивости к хлорамфениколу и рекомбинационную систему λ Red) был добавлен к 50 мкл штамма EC1 клеток E.coli. Трансформированные клетки были посеяны на пластинах LB с 25 мкг/мл хлорамфеникола и культивировались в течение ночи для накопления клональных (или по существу клональных) изолятов. На следующий день колония была отобрана, выращена за ночь в LB+25 мкг/мл хлорамфеникола, и глицериновое сырье было приготовлено из насыщенной ночной культуры путем добавления 500 мкл 50%-ного глицерина к 1000 мкл культуры. Сырье EC1, содержащее вектор-двигатель, было заморожено при -80°C. [0290] Transformation: 1 µl of motor vector DNA (containing the coding sequence for MAD7 nuclease under the control of pL-inducible promoter, chloramphenicol resistance gene and λ Red recombination system) was added to 50 µl of E. coli strain EC1. Transformed cells were seeded on LB plates with 25 μg/ml chloramphenicol and cultured overnight to accumulate clonal (or essentially clonal) isolates. The next day, a colony was selected, grown overnight in LB+25 μg/ml chloramphenicol, and glycerol stock was prepared from a saturated overnight culture by adding 500 μl of 50% glycerol to 1000 μl of culture. The EC1 feed containing the motor vector was frozen at -80°C.
Пример 6: Высокопроизводительное клональное редактирование Example 6: High Performance Clone Editing
[0291] Следующие протоколы решают проблему смещения роста/выживания клеток благодаря разрывам двухцепочечной ДНК: [0291] The following protocols address the issue of cell growth/survival bias due to double-stranded DNA breaks:
[0292] Трансформация: 100 нг клонированной библиотеки редактирующего вектора или реакционной смеси редактирующего вектора Gibson Assembly® было трансформировано электропорацией в 100 мкл компетентных клеток EC1, содержащих вектор-двигатель. Электропоратор был установлен на 2400 В в кювете размером 2 мм. После трансформации клеткам давали возможность восстановиться в течение 3 час в среде SOB. Серия 10-кратных разведений восстановленных клеток (в H2О) высевалась пятнами, и полученные соотношения КОЕ/разведение использовались для расчета эффективности трансформации. [0292] Transformation: 100 ng of the cloned editing vector library or Gibson Assembly® editing vector reaction mixture was transformed by electroporation into 100 μl of competent EC1 cells containing the motor vector. The electroporator was set to 2400 V in a 2 mm cuvette. After transformation, cells were allowed to recover for 3 hours in SOB medium. A series of 10-fold dilutions of the recovered cells (in H 2 O) were spotted and the resulting CFU/dilution ratios were used to calculate the transformation efficiency.
[0293] Посев и выстраивание колоний: 100 мкл подходящего разбавления клеток были посеяны на среде LB+25 мкг/мл хлорамфеникола и выращивались при 30°C в течение ночи. Колонии отбирались и выращивались в течение ночи до насыщения при 30°C в 96-луночных микротитровальных пластинах.[0293] Seeding and lining up colonies: 100 μl of a suitable dilution of cells were seeded on LB medium + 25 μg/ml chloramphenicol and grown at 30°C overnight. Colonies were selected and grown overnight to saturation at 30° C. in 96-well microtiter plates.
[0294] Индуцированная резка, редактирование и валидация редактирования: Репликатор использовался для переноса колоний из лунок ночных пластин в 200 мкл свежего SOB+1% арабинозы в 96-луночных микротитровальных пластинах для реплик. Репликатор переносит приблизительно 1-2 мкл на лунку, что приводит к 100-кратному разбавлению для выращивания. Микротитровальные пластины инкубировались при встряхивании с частотой 250 об/мин в течение 3-4 час, чтобы позволить клеткам достичь середины логарифмической фазы. Пластины были затем перенесены в статический инкубатор при 42°C и инкубировались 2 час, а затем были помещены в инкубатор с температурой 30°C на 1 час для восстановления. На этом этапе реплики клеток были готовы к геномной подготовке и были проверены с помощью секвенирующего анализа. Как было описано со ссылкой на Фиг. 2B, дополнительные пластины-реплики свежего SOB без арабинозы могут использоваться для обеспечения функциональной деконволюции неактивных дизайнов нарезки из популяции. [0294] Induced Cutting, Editing, and Edit Validation: The replicator was used to transfer colonies from overnight plate wells to 200 µl of fresh SOB+1% arabinose in 96-well microtiter replica plates. The replicator transfers approximately 1-2 µl per well resulting in a 100-fold dilution for growth. The microtiter plates were incubated with shaking at 250 rpm for 3-4 hours to allow the cells to reach the mid-logarithmic phase. The plates were then transferred to a 42°C static incubator and incubated for 2 hours, and then placed in a 30°C incubator for 1 hour to recover. At this point, cell replicas were ready for genomic preparation and were verified by sequencing analysis. As has been described with reference to FIG. 2B, additional replica plates of fresh SOB free of arabinose can be used to provide functional deconvolution of inactive slicing designs from the population.
Пример 7: Коррекция ошибок: Повторное выстраивание и объединенное редактирование с использованием индуцибeльных гРНК Example 7: Error Correction: Realignment and pooled editing using inducible gRNAs
[0295] Трансформация: 100 нг клонированной библиотеки редактирующего вектора или реакции Gibson Assembly® было трансформировано электропорацией в 100 мкл компетентных клеток EC1, содержащих вектор-двигатель. Электропоратор был установлен на 2400 В в кювете размером 2 мм. После трансформации клеткам давали возможность восстановиться в течение 3 час в среде SOB. Серия 10-кратных разведений восстановленных клеток (в H2О) высевалась пятнами, и полученные соотношения КОЕ/разведение использовались для расчета эффективности трансформации. [0295] Transformation: 100 ng of the cloned editing vector library or Gibson Assembly® reaction was transformed by electroporation into 100 μl of competent EC1 cells containing the motor vector. The electroporator was set to 2400 V in a 2 mm cuvette. After transformation, cells were allowed to recover for 3 hours in SOB medium. A series of 10-fold dilutions of the recovered cells (in H 2 O) were spotted and the resulting CFU/dilution ratios were used to calculate the transformation efficiency.
[0296] Посев и выстраивание колоний: 100 мкл подходящего разбавления клеток были посеяны на среде LB+25 мкг/мл хлорамфеникола и выращивались при 30°C в течение ночи. Колонии отбирались и выращивались в течение ночи до насыщения в 1 мл SOB+25 мкг/мл хлорамфеникола /100 мкг/мл карбенициллина при 30°C в 96-луночных микротитровальных пластинах.[0296] Seeding and lining up colonies: 100 μl of a suitable dilution of cells were seeded on LB medium + 25 μg/ml chloramphenicol and grown at 30°C overnight. Colonies were selected and grown overnight to saturation in 1 ml SOB+25 μg/ml chloramphenicol/100 μg/ml carbenicillin at 30° C. in 96-well microtiter plates.
[0297] Идентификация активных кассет и повторное выстраивание: Репликатор использовался для переноса колоний из лунок ночных пластин в 200 мкл свежего SOB без арабинозы в 96-луночных микротитровальных пластинах для реплик. Репликатор переносит приблизительно 1-2 мкл на лунку, что приводит к 100-кратному разбавлению для выращивания. Микротитровальные пластины реплик инкубировались при встряхивании с частотой 250 об/мин в течение 3-4 час, чтобы позволить клеткам достичь середины логарифмического роста. Пластины были затем перенесены в статический инкубатор при 42°C и инкубировались 2 час, а затем были помещены в инкубатор с температурой 30°C на 1 час для восстановления. Репликатор затем использовался для переноса клеток из микротитровальных пластин реплик на агаровые пластины со средой LB+25 мкг/мл хлорамфеникола /100 мкг/мл карбенициллина, после чего клеткам позволяли расти в течение ночи. Лунки с активными гРНК идентифицировались, и 50 мкл клеток из этих колоний с первоначальной 96-луночной микротитровальной пластины повторно выстраивалось в «функционально исправленные» пластины (например, клетки, идентифицированные как имеющие функциональные гРНК, переносились (отбирались) в 96-луночную пластину).[0297] Identification of active cassettes and realignment: The replicator was used to transfer colonies from the wells of overnight plates into 200 µl of fresh SOB without arabinose in 96-well microtiter plates for replicas. The replicator transfers approximately 1-2 µl per well resulting in a 100-fold dilution for growth. Replicate microtiter plates were incubated with shaking at 250 rpm for 3-4 hours to allow the cells to reach mid-log growth. The plates were then transferred to a 42°C static incubator and incubated for 2 hours, and then placed in a 30°C incubator for 1 hour to recover. The replicator was then used to transfer cells from the replicate microtiter plates to agar plates with LB+25 μg/ml chloramphenicol/100 μg/ml carbenicillin medium, after which the cells were allowed to grow overnight. Wells with active gRNAs were identified and 50 µl of cells from these colonies from the original 96-well microtiter plate were re-arranged into "functionally corrected" plates (eg, cells identified as having functional gRNAs were transferred (selected) to the 96-well plate).
[0298] Объединенное редактирование с использованием объединенных кассет, идентифицированных как активные: 100 мкл клеток, идентифицированных как имеющие функциональные гРНК, были перенесены в 5 мл среды SOB и выращивались до тех пор, пока культура не насыщалась. 1% арабинозы добавлялся в пробирку, и пробирка инкубировалась 2 час при 30°C. Резка/редактирование индуцировалась путем переноса пробирки во встряхиваемую водяную баню с температурой 42°C на 2 час. Затем пробирка удалялась из водяной бани и оставлялась для восстановления на 2 час при 30°C в инкубаторе, встряхиваемом с частотой 250 об/мин. Разбавленная культура (приблизительно 10-4-10-5) высевалась на среду LB+25 мкг/мл хлорамфеникола /100 мкг/мл карбенициллина, в результате чего получались изолированные клональные колонии. Редактирование оценивалось/валидировалось секвенированием целевого или полного генома. [0298] Pooled editing using pooled cassettes identified as active: 100 μl of cells identified as having functional gRNAs were transferred to 5 ml of SOB medium and grown until the culture was saturated. 1% arabinose was added to the tube and the tube was incubated for 2 hours at 30°C. Cutting/editing was induced by transferring the tube to a 42°C shaking water bath for 2 hours. The tube was then removed from the water bath and left to reconstitute for 2 hours at 30°C in an incubator shaken at 250 rpm. A diluted culture (approximately 10 -4 -10 -5 ) was plated on LB+25 μg/ml chloramphenicol/100 μg/ml carbenicillin medium, resulting in isolated clonal colonies. Editing was evaluated/validated by target or whole genome sequencing.
Пример 8: Коррекция ошибок: Повторное выстраивание и клонирование Example 8: Error Correction: Rebuild and Clone
[0299] Трансформация: 100 нг клонированной библиотеки редактирующего вектора или реакции Gibson Assembly® было трансформировано электропорацией в 100 мкл компетентных клеток EC1, содержащих вектор-двигатель. Электропоратор был установлен на 2400 В в кювете размером 2 мм. После трансформации клеткам давали возможность восстановиться в течение 3 час в среде SOB. Серия 10-кратных разведений восстановленных клеток (в H2О) высевалась пятнами, и полученные соотношения КОЕ/разведение использовались для расчета эффективности трансформации. [0299] Transformation: 100 ng of the cloned editing vector library or Gibson Assembly® reaction was transformed by electroporation into 100 μl of competent EC1 cells containing the motor vector. The electroporator was set to 2400 V in a 2 mm cuvette. After transformation, cells were allowed to recover for 3 hours in SOB medium. A series of 10-fold dilutions of the recovered cells (in H 2 O) were spotted and the resulting CFU/dilution ratios were used to calculate the transformation efficiency.
[0300] Посев и выстраивание колоний: 100 мкл подходящего разбавления клеток были посеяны на среде LB+25 мкг/мл хлорамфеникола и выращивались при 30°C в течение ночи. Колонии отбирались и выращивались в течение ночи до насыщения в 1 мл SOB+25 мкг/мл хлорамфеникола и 100 мкг/мл карбенициллина при 30°C в 96-луночных микротитровальных пластинах.[0300] Seeding and lining up colonies: 100 μl of a suitable dilution of cells were seeded on LB medium + 25 μg/ml chloramphenicol and grown at 30°C overnight. Colonies were selected and grown overnight to saturation in 1 ml SOB+25 μg/ml chloramphenicol and 100 μg/ml carbenicillin at 30° C. in 96-well microtiter plates.
[0301] Идентификация активных кассет и повторное выстраивание: Репликатор использовался для переноса колоний из лунок ночных пластин в 200 мкл свежего SOB без арабинозы в 96-луночных микротитровальных пластинах для реплик. Репликатор переносит приблизительно 1-2 мкл на лунку, что приводит к 100-кратному разбавлению для выращивания. Микротитровальные пластины реплик инкубировались при встряхивании с частотой 250 об/мин в течение 3-4 час, чтобы позволить клеткам достичь середины логарифмического роста. Пластины были затем перенесены в статический инкубатор при 42°C и инкубировались 2 час, а затем были помещены в инкубатор с температурой 30°C на 1 час для восстановления. Репликатор затем использовался для переноса клеток из микротитровальных пластин реплик на пластины со средой LB+25 мкг/мл хлорамфеникола /100 мкг/мл карбенициллина, после чего клеткам позволяли расти в течение ночи. Лунки с активными гРНК идентифицировались, и 50 мкл клеток из этих колоний с первоначальной 96-луночной микротитровальной пластины повторно выстраивалось в «функционально исправленные» пластины (например, клетки, идентифицированные как имеющие функциональные гРНК, переносились в 96-луночную пластину).[0301] Identification of active cassettes and realignment: The replicator was used to transfer colonies from the wells of overnight plates to 200 µl of fresh SOB without arabinose in 96-well microtiter replica plates. The replicator transfers approximately 1-2 µl per well resulting in a 100-fold dilution for growth. Replicate microtiter plates were incubated with shaking at 250 rpm for 3-4 hours to allow the cells to reach mid-log growth. The plates were then transferred to a 42°C static incubator and incubated for 2 hours, and then placed in a 30°C incubator for 1 hour to recover. The replicator was then used to transfer cells from replica microtiter plates to LB+25 μg/ml chloramphenicol/100 μg/ml carbenicillin LB+ medium plates, after which the cells were allowed to grow overnight. Wells with active gRNAs were identified and 50 µl of cells from these colonies from the original 96-well microtiter plate were re-arranged into "functionally corrected" plates (eg, cells identified as having functional gRNAs were transferred to the 96-well plate).
[0294] Повторная амплификация, клонирование и валидация библиотеки: Клетки, идентифицированные как имеющие функциональные гРНК, были объединены, и ДНК была извлечена и изолирована. Серийные разведения были сделаны из изолированной ДНК, и амплификация выполнялась с праймерами, разработанными для амплификации редактирующих кассет. PCR выполнялась при следующих условиях: 95°C в течение 1 мин; 18 циклов при 95°C в течение 30 с/60°C в течение 30 с/72°C в течение 2,5 мин; с окончательной выдержкой при 72°C в течение 5 мин. Ампликоны были проверены на 1%-ном агарозном геле, и были идентифицированы пулы с наиболее чистым выходом (выходами). Амплифицированные кассеты были мини-препарированы и элюированы в 50 мкл дистиллированной деминерализированной воды. Затем была выполнена реакция Gibson Assembly®, содержащая 150 нг основной цепи ДНК со на 100 нг кассетных вставок. К основной цепи и вставке добавлялся равный объем 2x Master Mix, и реакционная смесь инкубировалась 45 мин при 50°C, затем диализировалась в течение 30 мин в сидящей капельке с помощью дискового фильтра с размером пор 0,25 мкм. 100 нг реакции Gibson Assembly® трансформировалось электропорацией в компетентные клетки EC1, содержащие вектор-двигатель, как было описано выше. После трансформации клеткам давали возможность восстановиться в течение 3 час в среде SOB. Серия 10-кратных разведений восстановленных клеток (в H2О) высевалась пятнами, и полученные соотношения КОЕ/разведение использовались для расчета эффективности трансформации. 100 мкл подходящего разбавления клеток были посеяны на среде LB+25 мкг/мл хлорамфеникола и выращивались при 30°C в течение ночи. Редактирование оценивалось/валидировалось, например, секвенированием. [0294] Re-amplification, cloning and library validation: Cells identified as having functional gRNAs were pooled and DNA was extracted and isolated. Serial dilutions were made from isolated DNA and amplification was performed with primers designed to amplify editing cassettes. PCR was performed under the following conditions: 95°C for 1 min; 18 cycles at 95°C for 30 s/60°C for 30 s/72°C for 2.5 min; with a final hold at 72°C for 5 min. The amplicons were tested on a 1% agarose gel and the pools with the purest yield(s) were identified. The amplified cassettes were mini-prepared and eluted in 50 µl of distilled demineralized water. A Gibson Assembly® reaction was then performed containing 150 ng of co DNA backbone per 100 ng of cassette inserts. An equal volume of 2x Master Mix was added to the backbone and insert, and the reaction mixture was incubated for 45 min at 50°C, then dialyzed for 30 min in a sessile droplet using a 0.25 µm disc filter. 100 ng of the Gibson Assembly® reaction was electroporated into competent EC1 cells containing the motor vector as described above. After transformation, cells were allowed to recover for 3 hours in SOB medium. A series of 10-fold dilutions of the recovered cells (in H 2 O) were spotted and the resulting CFU/dilution ratios were used to calculate the transformation efficiency. 100 µl of a suitable cell dilution were seeded on LB+25 µg/ml chloramphenicol medium and grown at 30° C. overnight. Editing was evaluated/validated, for example, by sequencing.
Пример 9: Обогащение отредактированных клеток с помощью идентификации задержки роста Example 9: Enrichment of Edited Cells with Identification of Growth Retardation
[0303] Трансформация: 100 нг клонированной библиотеки редактирующего вектора или реакции Gibson Assembly® было трансформировано электропорацией в 100 мкл компетентных клеток EC1, содержащих вектор-двигатель. Электропоратор был установлен на 2400 В в кювете размером 2 мм. После трансформации клеткам давали возможность восстановиться в течение 3 час в среде SOB. Серия 10-кратных разведений восстановленных клеток (в H2О) высевалась пятнами, и полученные соотношения КОЕ/разведение использовались для расчета эффективности трансформации. [0303] Transformation: 100 ng of the cloned editing vector library or Gibson Assembly® reaction was transformed by electroporation into 100 μl of competent EC1 cells containing the motor vector. The electroporator was set to 2400 V in a 2 mm cuvette. After transformation, cells were allowed to recover for 3 hours in SOB medium. A series of 10-fold dilutions of the recovered cells (in H 2 O) were spotted and the resulting CFU/dilution ratios were used to calculate the transformation efficiency.
[0304] Посев и выстраивание колоний: 100 мкл подходящего разбавления клеток были посеяны на агаровой среде LB+25 мкг/мл хлорамфеникола+арабиноза и выращивались при 30°C в течение 6-8 час. Альтернативно клетки могут быть выращены в жидкой культуре в среде LB+25 мкг/мл хлорамфеникола при 30°C до насыщения и разбавлены до подходящей концентрации перед посевом на агаровой среде LB+25 мкг/мл хлорамфеникола+арабиноза с последующим выращиванием при 30°C в течение 6-8 час. После 6-8 часов выращивания температура пластины была отрегулирована до 42°C, и пластины инкубировались в течение 2 час. Температура была затем снижена до 30°C, и клеткам была дана возможность восстановиться за ночь. [0304] Seeding and colony alignment: 100 μl of a suitable dilution of cells were seeded on LB agar medium + 25 μg / ml chloramphenicol + arabinose and grown at 30 ° C for 6-8 hours. Alternatively, cells can be grown in liquid culture in LB + 25 µg/ml chloramphenicol medium at 30°C until saturation and diluted to an appropriate concentration before plating on LB + 25 µg/ml chloramphenicol + arabinose agar medium, followed by growth at 30°C in within 6-8 hours. After 6-8 hours of growth, the plate temperature was adjusted to 42° C. and the plates were incubated for 2 hours. The temperature was then lowered to 30°C and the cells were allowed to recover overnight.
[0305] Идентификация отредактированных клеток: Идентифицировались колонии малого размера. Фенотип колоний малого размера указывает на то, что жизнеспособность клеток была нарушена во время процедуры индуцированного редактирования. Эффективное извлечение отредактированных клеток из исходного пула было достигнуто путем идентификации и отбора небольших колоний и размещения клеток из этих небольших колоний на 96-луночной пластине для создания библиотеки отредактированных клеток, либо клетки из колоний были объединены, создавая сильно отредактированные популяции ячеек для рекурсивного редактирования. Редактирование оценивалось/валидировалось секвенированием. Было найдено, что 85% малых колоний были отредактированными клетками. [0305] Identification of edited cells: Small colonies were identified. The small colony phenotype indicates that cell viability was compromised during the induced editing procedure. Efficient recovery of edited cells from the original pool was achieved by identifying and selecting small colonies and placing cells from these small colonies on a 96-well plate to create a library of edited cells, or cells from colonies were pooled to create highly edited cell populations for recursive editing. Editing was evaluated/validated by sequencing. It was found that 85% of the small colonies were edited cells.
Пример 10: Управление стандартным протоколом посеваExample 10: Managing a Standard Seeding Protocol
[0306] Этот протокол описывает стандартный протокол посева для обогащения бактериальных клеток, отредактированных с помощью направляемой нуклеиновой кислотой нуклеазы, путем сингуляции или существенной сингуляции, роста, редактирования и нормализации. Этот протокол использовался для усиления индуцибeльной системы как для нуклеазы, так и для гРНК, чтобы обеспечить фенотипические различия в колониях. Из полученных агаровых пластин можно было выбрать отредактированные клетки с высокой степенью достоверности (~80%). Хотя очевидно, что этот протокол можно использовать для обогащения отредактированных клеток, в описанных здесь экспериментах этот «стандартный протокол посева» или «SPP» использовался для сравнения эффективности сингуляции или существенной сингуляции, редактирования и нормализации с помощью устройства со сплошной стенкой. Материалы: Помимо стандартных инструментов молекулярной биологии, потребуется следующее: [0306] This protocol describes a standard seeding protocol for enriching nucleic acid-directed nuclease-edited bacterial cells by singulation or substantial singulation, growth, editing, and normalization. This protocol was used to amplify the inducible system for both nuclease and gRNA to ensure phenotypic differences in colonies. From the resulting agar plates, it was possible to select edited cells with a high degree of certainty (~80%). While it is clear that this protocol can be used to enrich edited cells, in the experiments described here, this "standard seeding protocol" or "SPP" was used to compare the efficiency of singulation or significant singulation, editing, and normalization with a solid wall device. Materials: In addition to standard molecular biology tools, you will need the following:
Таблица 3Table 3
[0307] Протокол: Входами для этого протокола являются замороженные электрокомпетентные клетки и очищенный продукт сборки нуклеиновой кислоты. Сразу после электропорации смесь клетки/ДНК переносилась в культуральную пробирку, содержащую 2,7 мл среды SOB. Подготовка аликвот объемом 2,7 мл в культуральных пробирках на 14 мл перед электропорацией позволила быстрее извлечь клетки из кюветы для электропорации; конечный объем извлечения составил 3 мл. Все культуральные пробирки были помещены в инкубатор со встряхиванием, установленный на 250 об/мин и 30°C, на 3 час. В то время как культуры восстанавливались, необходимое количество агаровых пластин LB с хлорамфениколом и карбенициллином+1% арабинозы было извлечено из холодильника и подогрето до комнатной температуры. Для каждого посева использовались многократные разведения, чтобы иметь на пластинах счетные и изолированные колонии. Предложения по посеву:[0307] Protocol: The inputs to this protocol are frozen electrocompetent cells and purified nucleic acid assembly product. Immediately after electroporation, the cell/DNA mixture was transferred to a culture tube containing 2.7 ml of SOB medium. Preparation of 2.7 ml aliquots in 14 ml culture tubes prior to electroporation allowed faster recovery of cells from the electroporation cuvette; the final extraction volume was 3 ml. All culture tubes were placed in a shaking incubator set at 250 rpm and 30° C. for 3 hours. While the cultures were being reconstituted, the required number of LB agar plates with chloramphenicol and carbenicillin + 1% arabinose were removed from the refrigerator and warmed to room temperature. Multiple dilutions were used for each inoculation in order to have countable and isolated colonies on the plates. Seeding suggestions:
Таблица 4Table 4
[0308] Через 3 час культуральные пробирки были удалены из инкубатора. Сначала проводился посев для секвенирования ампликона в соответствии с приведенной выше таблицей. Посевные шарики использовались для того, чтобы равномерно распределить культуру по агар-агару. Эти шарики были удалены с пластины, и пластине была дана возможность высохнуть без накрытия в шкафу с ламинарным потоком. Пока пластины сохли, оставшаяся культура использовалась для выполнения серийных разведений, где стандартные разведения составляли 50 мкл культуры на 450 мкл стерильного 0,8% NaCl. Пластина/пробирки, используемые для этих разведений (а также для первоначальной культуры), поддерживались при 4°C в том случае, если было необходимо дополнительное разведение в зависимости от количества колоний. Посев для SinglePlex выполнялся в соответствии с Таблицей 4. Может использоваться большее или меньшее число разведений на основе знаний о библиотеке/компетентных клетках. Культуры были равномерно распределены по агар-агару с использованием стерильных посадочных шариков. Эти шарики были затем удалены с пластины, и пластинам была дана возможность высохнуть без накрытия в шкафу с ламинарным потоком. Пока пластины сохли, инкубатор был запрограммирован в соответствии со следующими настройками: 30°C в течение 9 час → 42°C в течение 2 час → 30°C в течение 9 час. Агаровые пластины были помещены в настроенный инкубатор, и после того, как температурный цикл был завершен (~21 час), агаровые пластины были удалены из инкубатора. Индукция редактирования была успешной, на что указывает различие в размерах полученных колоний клеток. [0308] After 3 hours, the culture tubes were removed from the incubator. Amplicon sequencing was first seeded according to the table above. Seed balls were used to distribute the culture evenly over the agar-agar. These beads were removed from the plate and the plate was allowed to dry uncovered in a laminar flow cabinet. While the plates were drying, the remaining culture was used to make serial dilutions, where standard dilutions were 50 µl of culture per 450 µl of sterile 0.8% NaCl. The plate/tubes used for these dilutions (as well as for the initial culture) were kept at 4° C. in case additional dilutions were needed depending on the number of colonies. Seeding for SinglePlex was performed according to Table 4. More or fewer dilutions may be used based on knowledge of the library/competent cells. The cultures were spread evenly on agar-agar using sterile seed beads. These beads were then removed from the plate and the plates were allowed to dry uncovered in a laminar flow cabinet. While the plates were drying, the incubator was programmed according to the following settings: 30°C for 9 hours → 42°C for 2 hours → 30°C for 9 hours. The agar plates were placed in the set up incubator and after the temperature cycle was completed (~21 hours), the agar plates were removed from the incubator. The editing induction was successful, as indicated by the difference in the size of the resulting cell colonies.
Пример 11: Сингуляция культуры Example 11 Culture Singulation E. coliE. coli в устройстве со сплошной стенкой in solid wall device
[0309] Электрокомпетентные клетки E.coli были трансформированы с помощью клонированной библиотеки, изотермически собранной библиотеки, или плазмиды sгРНК для контроля процесса (суррогат потерь), как описано в Примерах 2-5 выше. Штамм E.coli нес подходящие компоненты эндонуклеазы и λ Red, а также систему индукции редактирования (например, на плазмиде-двигателе или интегрированную в бактериальный геном, или их комбинацию). Трансформации обычно использовали 150 нг ДНК плазмиды (или реакционной смеси Gibson Assembly) со 150 нг основной цепи ДНК pL sгРНК. После электропорации клеткам была дана возможность восстановиться в 3 мл SOB, после чего они инкубировались при 30°C со встряхиванием в течение 3 час. Параллельно с обработкой образцов в устройстве со сплошной стенкой образцы были также обработаны по стандартному протоколу посева (см. Пример 10 выше), чтобы сравнить «нормализацию» в устройстве со сплошной стенкой со стандартным лабораторным процессом. Непосредственно перед введением клеток в устройство со сплошной стенкой и проницаемым дном, фильтр с размером пор 0,2 мкм, образующий дно микролунок, обрабатывался 0,1% раствором твина для обеспечения надлежащего распределения клеток в микролунках устройства со сплошной стенкой. Фильтры были помещены в держатель фильтра Swinnex (47 мм, Millipore®, SX0004700), и 3 мл раствора с 0,85% NaCl и 0,1% твина пропускалось через устройство со сплошной стенкой и фильтровалось с использованием вакуума. Были оценены различные концентрации твина, и было определено, что для устройства со сплошной стенкой диаметром 47 мм с фильтром 0,2 мкм, образующим дно микролунок, предварительная обработка устройства со сплошной стенкой+фильтра 0,1% твина является предпочтительной (данные не показаны). [0309] Electrocompetent E. coli cells were transformed with a cloned library, an isothermally assembled library, or a process control sgRNA plasmid (loss surrogate) as described in Examples 2-5 above. The E. coli strain carried the appropriate endonuclease and λ Red components as well as an editing induction system (eg, on a motor plasmid or integrated into the bacterial genome, or a combination of both). Transformations typically used 150 ng of plasmid DNA (or Gibson Assembly reaction mix) with 150 ng of pL sgRNA backbone DNA. After electroporation, the cells were allowed to recover in 3 ml of SOB, after which they were incubated at 30° C. with shaking for 3 hours. In parallel with the processing of the samples in the solid wall device, the samples were also processed according to the standard seeding protocol (see Example 10 above) to compare the "normalization" in the solid wall device with the standard laboratory process. Immediately prior to introducing the cells into the solid wall permeable bottom device, the 0.2 µm filter forming the bottom of the microwells was treated with 0.1% Tween to ensure proper cell distribution in the microwells of the solid wall device. Filters were placed in a Swinnex filter holder (47 mm, Millipore®, SX0004700) and 3 ml of a solution of 0.85% NaCl and 0.1% Tween was passed through a solid wall device and filtered using vacuum. Various concentrations of tween were evaluated and it was determined that for a 47 mm diameter solid wall device with a 0.2 µm microwell bottom filter, solid wall device + 0.1% tween filter pretreatment was preferred (data not shown) .
[0310] После 3-часового восстановления в SOB трансформированные клетки были разбавлены, и 3 мл разбавленных клеток были обработаны с помощью обработанных твином устройства со сплошной стенкой и фильтра, опять с использованием вакуума. Ожидалось, что количество успешно трансформированных клеток составит приблизительно от 1,0E+06 до 1,0E+08 с целью загрузки приблизительно 10000 трансформированных клеток в текущее устройство со сплошной стенкой и проницаемым дном диаметром 47 мм (имеющее ~30000 лунок). Были подготовлены серийные разведения 10-1, 10-2 и 10-3, затем 100 мкл каждого из этих разведений были объединены с 3 мл 0,85% NaCl, и образцы были загружены в устройства со сплошной стенкой. Каждое устройство со сплошной стенкой и проницаемым дном было затем удалено из держателя фильтра Swinnex и перенесено на агаровую пластину LB, содержащую карбенициллин (100 мкг/мл), хлорамфеникол (25 мкг/мл) и арабинозу (с конечной концентрацией 1%). Устройства со сплошной стенкой были размещены металлической стороной вверх, так, чтобы мембрана проницаемого дна касалась поверхности агар-агара и питательные вещества из пластины могли проходить вверх через фильтрующее дно лунок. Устройства со сплошной стенкой на агаровых пластинах LB инкубировались 9 час при 30°C, 2 час при 42°C, затем опять при 30°C в течение 12-16 час, а в другом эксперименте в течение 36-40 час. [0310] After a 3 hour reconstitution in SOB, the transformed cells were diluted and 3 ml of the diluted cells were processed with a tween-treated solid wall device and filter, again using vacuum. The number of successfully transformed cells was expected to be approximately 1.0E+06 to 1.0E+08 in order to load approximately 10,000 transformed cells into a current 47 mm solid wall permeable bottom device (having ~30,000 wells). Serial dilutions of 10 -1 , 10 -2 and 10 -3 were prepared, then 100 μl of each of these dilutions were combined with 3 ml of 0.85% NaCl and the samples were loaded into solid wall devices. Each solid wall permeable bottom device was then removed from the Swinnex filter holder and transferred to an LB agar plate containing carbenicillin (100 µg/mL), chloramphenicol (25 µg/mL) and arabinose (1% final concentration). Solid wall devices were placed metal side up so that the permeable bottom membrane touched the surface of the agar agar and the nutrients from the plate could pass up through the filter bottom of the wells. Solid wall devices on LB agar plates were incubated for 9 hours at 30°C, 2 hours at 42°C, then again at 30°C for 12-16 hours, and in another experiment for 36-40 hours.
[0311] В конце инкубации перфорированные диски и фильтры (все еще собранные) были удалены с опорного источника питания (в данном случае агаровой пластины) и были сфотографированы со сфокусированным просвечивающим источником света так, чтобы можно было оценить количество и распределение загруженных микролунок на устройстве со сплошной стенкой (данные не показаны). Для извлечения клеток из устройства со сплошной стенкой и проницаемым дном фильтр был перенесен в маркированную стерильную чашку Петри диаметром 100 мм, которая содержала 15 мл стерильного NaCl с концентрацией 0,85%, затем эта чашка Петри была помещена во встряхиваемый инкубатор, настроенный на 30°C/80 об/мин, чтобы аккуратно удалить клетки из фильтра и повторно суспендировать их в растворе NaCl. Клетки встряхивались 15 мин, а затем были перенесены в стерильную пробирку, например в коническую пробирку для центрифуги объемом 50 мл. Было измерено значение OD600 клеточной суспензии, и на этом этапе клетки могут быть обработаны разными способами в зависимости от цели исследования. Например, если плазмиды или библиотеки предназначены для нацеливания на ген пути метаболизма сахара, такой как galK, то повторно суспендированные клетки могут быть нанесены на агаровые пластины Макконки, содержащие галактозу (с конечной концентрацией 1%) и подходящие антибиотики. Ожидается, что на этой дифференциальной среде колонии, которые являются результатом успешно отредактированных клеток, фенотипически будут иметь белый цвет, тогда как неотредактированные колонии будут иметь красный цвет. Этот красный/белый фенотип может затем использоваться для оценки процента отредактированных клеток и степени нормализации отредактированных и неотредактированных клеток. Результаты одного эксперимента показаны ниже в Таблице 5. Во всех повторах трансформированные клетки росли в устройствах со сплошной стенкой в течение 9 час при 30°C, 2 час при 42°C, и в течение ночи при 30°C.[0311] At the end of the incubation, the perforated discs and filters (still assembled) were removed from the reference power source (in this case, an agar plate) and were photographed with a focused translucent light source so that the number and distribution of loaded microwells on the device could be assessed. solid wall (data not shown). To extract cells from a solid wall, permeable bottom device, the filter was transferred to a labeled
Таблица 5Table 5
подсчитанныхcounted
[0312] Фиг. 16 представляет собой график, показывающий степень нормализации клеток (% отредактированных клеток) для различных разбавлений трансформированных клеток, при отсутствии обработки твином, предварительной обработке твином и предварительной обработке твином+твин в буфере при загрузке клеток в микролунки устройства со сплошной стенкой. Стандартный протокол посева (SPP) выполнялся параллельно с экспериментами по сингуляции со сплошной стенкой в качестве ориентира (первый столбик слева на диаграмме). Следует отметить, что процент изменений для стандартного протокола посева составлял приблизительно 27,5%, а процент изменений для двух повторов разведения клеток до 10-3 с предварительной обработкой твином составлял приблизительно 20% и 26%, соответственно.[0312] FIG. 16 is a graph showing the extent of cell normalization (% cells edited) for various dilutions of transformed cells, no tween treatment, tween pretreatment, and tween+tween pretreatment in buffer when loading cells into microwells of the solid wall device. The standard seeding protocol (SPP) was performed in parallel with the solid wall singulation experiments as a guide (first bar on the left in the diagram). Of note, the percent change for the standard seeding protocol was approximately 27.5%, and the percent change for two replicates of cell dilution to 10 -3 with Tween pretreatment was approximately 20% and 26%, respectively.
Пример 12: Сингуляция колоний дрожжей в устройстве со сплошной стенкойExample 12 Singulation of Yeast Colonies in a Solid Wall Device
[0313] Электрокомпетентные клетки дрожжей были трансформированы с помощью клонированной библиотеки, изотермически собранной библиотеки, или плазмиды sгРНК для контроля процесса (суррогат потерь), как описано в Примерах 2-5 выше. Электрокомпетентные клетки Saccharomyces cerevisiae были подготовлены следующим образом: За день до того, как должна была произойти трансформация, 10 мл YPAD было инокулировано выбранным штаммом Saccharomyces cerevisiae. Эта культура встряхивалась при 250 об/мин и 30°C в течение ночи. На следующий день 100 мл YPAD было добавлено в 250-миллилитровую колбу с перегородками и инокулировалось ночной культурой (приблизительно 2 мл ночной культуры) до тех пор, пока значение OD600 не достигло 0,3 +/- 0,05. Эта культура была помещена в инкубатор с температурой 30°C, встряхиваемый с частотой 250 об/мин, и выращивалась в течение 4-5 час с ежечасной проверкой OD. Когда культура достигла OD600 приблизительно 1,5, по 50 мл было отлито в две конические пробирки на 50 мл, которые затем центрифугировались при 4300 об/мин в течение 2 мин при комнатной температуре. Надосадочная жидкость была осторожно слита с осадка из всех конических пробирок. В каждую коническую пробирку было добавлено 50 мл раствора ацетата лития/дитиотреитола, и осадок был осторожно суспендирован. Обе суспензии были перенесены в колбу объемом 250 мл и помещены в шейкер; а затем встряхивались при 30°C и 200 об/мин в течение 30 мин. После завершения инкубации суспензия была перенесена в две конические пробирки на 50 мл. Эти пробирки затем центрифугировались при 4300 об/мин в течение 3 мин, после чего надосадочная жидкость была слита. [0313] Electrocompetent yeast cells were transformed with a cloned library, an isothermally assembled library, or a process control sgRNA plasmid (loss surrogate) as described in Examples 2-5 above. Saccharomyces cerevisiae electrocompetent cells were prepared as follows: The day before the transformation was to take place, 10 ml of YPAD was inoculated with the selected Saccharomyces cerevisiae strain. This culture was shaken at 250 rpm and 30° C. overnight. The next day, 100 ml of YPAD was added to a 250 ml baffled flask and inoculated with overnight culture (approximately 2 ml of overnight culture) until the OD600 reached 0.3 +/- 0.05. This culture was placed in a 30° C. incubator shaking at 250 rpm and grown for 4-5 hours with the OD checked hourly. When the culture reached an OD600 of approximately 1.5, 50 ml each was poured into two 50 ml conical tubes which were then centrifuged at 4300 rpm for 2 minutes at room temperature. The supernatant was carefully discarded from the sediment from all conical tubes. 50 ml of lithium acetate/dithiothreitol solution was added to each conical tube and the pellet was carefully suspended. Both suspensions were transferred to a 250 ml flask and placed on a shaker; and then shaken at 30°C and 200 rpm for 30 min. After completion of the incubation, the suspension was transferred to two 50 ml conical tubes. These tubes were then centrifuged at 4300 rpm for 3 minutes, after which the supernatant was discarded.
[0314] После стадии обработки ацетатом лития/дитиотреитолом использовались холодные жидкости, и клетки хранились на льду до электропорации. Было добавлено 50 мл 1М сорбита, и осадок повторно суспендировался, а затем центрифугировался при 4300 об/мин в течение 3 мин при 4°C, после чего надосадочная жидкость была слита. Промывка 1M сорбитом была повторена дважды, чтобы получилось в общей сложности три промывки. К одному осадку было добавлено 50 мкл 1М сорбита, клетки были повторно суспендированы, а затем перенесены в другую пробирку для суспендирования второго осадка. Объем клеточной суспензии был измерен и доведен до 1 мл холодным 1М сорбитом. На этом этапе клетки были электрокомпетентными и могли быть трансформированы с помощью клонированной библиотеки, изотермически собранной библиотеки или плазмид sгРНК для контроля процесса. Вкратце, необходимое количество кювет для электропорации с зазором 2 мм было подготовлено путем маркировки кювет и последующего охлаждения на льду. Подходящая плазмида - или смесь ДНК - была добавлена в каждую соответствующую кювету, и она была помещена обратно на лед. 100 мкл электрокомпетентных клеток было перенесено в каждую маркированную кювету, и каждый образец был электропорирован с использованием подходящих условий электропорации. Затем в каждую кювету было добавлено 900 мкл среды YPAD-сорбит с комнатной температурой. Клеточная суспензия была перенесена в культуральную пробирку на 14 мл, а затем встряхивалась при 30°C и 250 об/мин в течение 3 час. После 3 час восстановления было добавлено 9 мл YPAD, содержащего подходящий антибиотик, например генетицин или гигромицин B. [0314] After the lithium acetate/dithiothreitol treatment step, cold liquids were used and the cells were kept on ice until electroporated. 50 ml of 1 M sorbitol was added and the pellet was resuspended and then centrifuged at 4300 rpm for 3 min at 4° C. after which the supernatant was discarded. Washing with 1M sorbitol was repeated twice for a total of three washes. 50 µl of 1M sorbitol was added to one pellet, the cells were resuspended and then transferred to another tube to suspend the second pellet. The volume of the cell suspension was measured and adjusted to 1 ml with cold 1M sorbitol. At this point, cells were electrocompetent and could be transformed with a cloned library, an isothermally assembled library, or srRNA plasmids to control the process. Briefly, the required number of 2 mm gap electroporation cuvettes was prepared by labeling the cuvettes and then cooling on ice. The appropriate plasmid - or DNA mixture - was added to each respective cuvette and it was placed back on ice. 100 µl of electrocompetent cells were transferred to each labeled cuvette and each sample was electroporated using suitable electroporation conditions. Then, 900 µl of YPAD-sorbitol medium at room temperature was added to each cuvette. The cell suspension was transferred to a 14 ml culture tube and then shaken at 30° C. and 250 rpm for 3 hours. After 3 hours of recovery, 9 ml of YPAD containing a suitable antibiotic, such as geneticin or hygromycin B, was added.
[0315] На этом этапе трансформированные клетки обрабатывались параллельно в устройстве со сплошной стенкой и по стандартному протоколу посева (см. Пример 10 выше), чтобы сравнить «нормализацию» в устройстве со сплошной стенкой со стандартным лабораторным процессом. Непосредственно перед введением клеток в устройство со сплошной стенкой и проницаемым дном, фильтр с размером пор 0,45 мкм, образующий дно микролунок, обрабатывался 0,1% раствором твина для обеспечения надлежащего распределения клеток в микролунках устройства со сплошной стенкой. Фильтры были помещены в держатель фильтра Swinnex (47 мм, Millipore®, SX0004700), и 3 мл раствора с 0,85% NaCl и 0,1% твина пропускалось через устройство со сплошной стенкой и фильтровалось с использованием вакуума. Были оценены различные концентрации твина, и было определено, что для устройства со сплошной стенкой диаметром 47 мм с фильтром 0,45 мкм, образующим дно микролунок, предварительная обработка устройства со сплошной стенкой+фильтра 0,1% твина является предпочтительной (данные не показаны). [0315] At this point, transformed cells were processed in parallel in a solid wall device and in a standard seeding protocol (see Example 10 above) to compare "normalization" in a solid wall device with a standard laboratory process. Immediately prior to introducing the cells into the solid wall permeable bottom device, the 0.45 µm filter forming the bottom of the microwells was treated with 0.1% Tween to ensure proper cell distribution in the microwells of the solid wall device. Filters were placed in a Swinnex filter holder (47 mm, Millipore®, SX0004700) and 3 ml of a solution of 0.85% NaCl and 0.1% Tween was passed through a solid wall device and filtered using vacuum. Various concentrations of Tween were evaluated and it was determined that for a 47 mm solid wall device with a 0.45 µm microwell bottom filter, pretreatment of the solid wall device + 0.1% Tween filter was preferred (data not shown) .
[0316] После 3-часового восстановления в SOB трансформированные клетки были разбавлены, и 3 мл разбавленных клеток были обработаны с помощью обработанных твином устройства со сплошной стенкой и фильтра, опять с использованием вакуума. Ожидалось, что количество успешно трансформированных клеток составит приблизительно от 1,0E+06 до 1,0E+08 с целью загрузки приблизительно 10000 трансформированных клеток в текущее устройство со сплошной стенкой и проницаемым дном диаметром 47 мм (имеющее ~30000 лунок). Были подготовлены серийные разведения 10-1, 10-2 и 10-3, затем 100 мкл каждого из этих разведений были объединены с 3 мл 0,85% NaCl, и образцы были загружены в устройства со сплошной стенкой. Каждое устройство со сплошной стенкой и проницаемым дном было затем удалено из держателя фильтра Swinnex и перенесено на агаровую пластину LB, содержащую карбенициллин (100 мкг/мл), хлорамфеникол (25 мкг/мл) и арабинозу (с конечной концентрацией 1%). Устройства со сплошной стенкой были размещены металлической стороной вверх, так, чтобы мембрана проницаемого дна касалась поверхности агар-агара и питательные вещества из пластины могли проходить вверх через фильтрующее дно лунок. Устройства со сплошной стенкой на агаровых пластинах YPD инкубировались в течение 2-3 дней при 30°C.[0316] After a 3 hour reconstitution in SOB, the transformed cells were diluted and 3 ml of the diluted cells were processed with a tween-treated solid wall device and filter, again using vacuum. The number of successfully transformed cells was expected to be approximately 1.0E+06 to 1.0E+08 in order to load approximately 10,000 transformed cells into a current 47 mm solid wall permeable bottom device (having ~30,000 wells). Serial dilutions of 10 -1 , 10 -2 and 10 -3 were prepared, then 100 μl of each of these dilutions were combined with 3 ml of 0.85% NaCl and the samples were loaded into solid wall devices. Each solid wall permeable bottom device was then removed from the Swinnex filter holder and transferred to an LB agar plate containing carbenicillin (100 µg/mL), chloramphenicol (25 µg/mL) and arabinose (1% final concentration). Solid wall devices were placed metal side up so that the permeable bottom membrane touched the surface of the agar agar and the nutrients from the plate could pass up through the filter bottom of the wells. Solid wall devices on YPD agar plates were incubated for 2-3 days at 30°C.
[0317] В конце инкубации перфорированные диски и фильтры (все еще собранные) были удалены с опорного источника питания (в данном случае агаровой пластины) и были сфотографированы со сфокусированным просвечивающим источником света так, чтобы можно было оценить количество и распределение загруженных микролунок на устройстве со сплошной стенкой (см. Фиг. 17A и 17B). Для извлечения клеток из устройства со сплошной стенкой и проницаемым дном фильтр был перенесен в маркированную стерильную чашку Петри диаметром 100 мм, которая содержала 15 мл стерильного NaCl с концентрацией 0,85%, затем эта чашка Петри была помещена во встряхиваемый инкубатор, настроенный на 30°C/80 об/мин, чтобы аккуратно удалить клетки из фильтра и повторно суспендировать их в растворе NaCl. Клетки встряхивались 15 мин, а затем были перенесены в стерильную пробирку, например в коническую пробирку для центрифуги объемом 50 мл. Было измерено значение OD600 клеточной суспензии; на этом этапе клетки могут быть обработаны разными способами в зависимости от цели исследования. Например, если используется библиотека мутагенеза стоп-кодона ADE2, успешно отредактированные клетки должны приводить к образованию колоний с фенотипом красного цвета, когда повторно суспендированные клетки помещаются на агаровые пластины YPD и им дают возможность расти в течение 4-7 дней. Это фенотипическое различие позволяет количественно оценить процент отредактированных ячеек и степень нормализации отредактированных и неотредактированных ячеек. [0317] At the end of the incubation, the perforated discs and filters (still assembled) were removed from the reference power source (in this case an agar plate) and were photographed with a focused translucent light source so that the number and distribution of loaded microwells on the device could be assessed. solid wall (see Fig. 17A and 17B). To extract cells from a solid wall, permeable bottom device, the filter was transferred to a labeled
Пример 13:Example 13: Сингуляция, рост и редактирование E.coli в SWIIN с 200K отверстийSingulation, growth and editing of E.coli in SWIIN with 200K holes
[0318] Автоматизированное редактирование генома Singleplex с использованием нуклеазы MAD7, библиотеки с 94 различными редакциями в одном гене (yagP) и с использованием устройства сингуляции с 200K ячеек, такого как проиллюстрированное на Фиг. 4F-4R, было выполнено успешно. Использованный вектор-двигатель был по существу подобен изображенному на Фиг. 11A (с MAD7 под управлением pL-индуцибeльного промотора), а использованный редактирующий вектор был по существу подобен изображенному на Фиг. 11B, включая редактирующую кассету, находящуюся под управлением pL-индуцибeльного промотора, и рекомбинационную систему λ Red под управлением индуцибeльного промотора pBAD, за исключением того, что редактирующая кассета содержала 94 изменения гена yagP (донорные ДНК) и подходящие соответствующие гРНК. Были сравнены два процесса SWIIN, и их эффективность была сравнена со стандартным протоколом посева (см. Пример 7). Эти протоколы SWIIN отличаются друг от друга тем, что в одном наборе реплик среда LB, содержащая арабинозу, использовалась для распределения клеток в SWIIN (арабиноза использовалась для индукции рекомбинационной системы λ Red (которая позволяет восстанавливать двухцепочечные разрывы в E. coli, образующиеся во время редактирования), а в другом наборе реплик среда SOB без арабинозы использовалась для распределения клеток в SWIIN и для начального роста, с заменой среды SOB без арабинозы на среду SOB с арабинозой. Приблизительно 70000 клеток были загружены в SWIIN с 200К лунок.[0318] Automated editing of the Singleplex genome using the MAD7 nuclease, a library with 94 different revisions in a single gene (yagP), and using a 200K cell singulation device such as illustrated in FIG. 4F-4R was completed successfully. The motor vector used was substantially similar to that shown in FIG. 11A (with MAD7 driven by the pL-inducible promoter) and the editing vector used was essentially similar to that shown in FIG. 11B, including the editing cassette driven by the pL inducible promoter and the λ Red recombination system driven by the inducible pBAD promoter, except that the editing cassette contained 94 yagP gene changes (donor DNA) and the appropriate corresponding gRNAs. Two SWIIN processes were compared and their performance compared to a standard seeding protocol (see Example 7). These SWIIN protocols differ from each other in that in one replica set, LB medium containing arabinose was used to distribute cells in SWIIN (arabinose was used to induce the λ Red recombination system (which allows repair of double-strand breaks in E. coli that are generated during editing). ), and in another set of replicates, arabinose-free SOB medium was used for cell distribution in SWIIN and for initial growth, replacing arabinose-free SOB medium with arabinose-containing SOB medium.Approximately 70,000 cells were loaded into SWIIN from 200K wells.
[0319] Во всех протоколах (стандартный посев, LB-SWIIN и SOB-SWIIN) клеткам предоставлялась возможность расти при 30°C в течение 9 час, и редактирование индуцировалось путем повышения температуры до 42°C на 2,5 час, после чего температура возвращалась к 30°C, и клетки выращивались в течение ночи. Результаты этого эксперимента показаны на Фиг. 18 и в нижеприведенной Таблице 6. Следует отметить, что подобная эффективность редактирования наблюдалась с четырьмя репликами этих двух процессов SWIIN, что означает, что эффективность посева SWIIN с и без арабинозы в начальном носителе является схожей. Процент редактирования в стандартном протоколе посева составил приблизительно 77%, в объеме жидкости - приблизительно 67%, а для реплик SWIIN - от приблизительно 63% до 71%. Следует отметить, что процент уникальных редактирующих кассет, деленный на общее количество редактирующих кассет, был одинаковым для каждого протокола. [0319] In all protocols (standard seeding, LB-SWIIN, and SOB-SWIIN), cells were allowed to grow at 30°C for 9 hours, and editing was induced by raising the temperature to 42°C for 2.5 hours, after which the temperature returned to 30°C and the cells were grown overnight. The results of this experiment are shown in Fig. 18 and in Table 6 below. It should be noted that similar editing efficiency was observed with four replicates of these two SWIIN processes, which means that the seeding efficiency of SWIIN with and without arabinose in the initial vehicle is similar. The percentage of editing in the standard seeding protocol was approximately 77%, in the liquid volume approximately 67%, and for the SWIIN replicas from approximately 63% to 71%. It should be noted that the percentage of unique edit cassettes divided by the total number of edit cassettes was the same for each protocol.
Таблица 6Table 6
ПосевStandard
Sowing
LB/арабиноза
реплика ASWIN
LB/arabinose
replica A
LB/арабиноза реплика BSWIN
LB/arabinose replica B
SOB, затем
SOB/ арабиноза
реплика ASWIN
SOB then
SOB/ arabinose
replica A
SOB, затем
SOB/арабиноза
реплика BSWIN
SOB then
SOB/arabinose
replica B
редактирующих кассетUnique Editing Cassettes/Total
editing cassettes
Пример 14:Example 14: Полностью автоматизированный прогон управляемого RGN редактирования Singleplex Fully automated run of RGN-guided Singleplex editing
[0320] Автоматизированное геномное редактирование Singleplex с использованием нуклеазы MAD7 было успешно выполнено с помощью автоматизированного мультимодульного инструмента, такого как показанный на Фиг. 5A-5D. См. патенты US №№ 9982279, выданный 29 мая 2018 г., и 10/240167, выданный 09 апреля 2019 г.[0320] Automated Singleplex genomic editing using the MAD7 nuclease has been successfully performed using an automated multi-module tool such as that shown in FIG. 5A-5D. See US Patent Nos. 9982279 issued May 29, 2018 and 10/240167 issued April 09, 2019
[0321] Основная цепь плазмиды ampR и редактирующая кассета lacZ_F172* были собраны посредством сборки Gibson Assembly® в «редактирующий вектор» в модуле изотермической сборки нуклеиновой кислоты, включенном в автоматизированный инструмент. lacZ_F172 функционально нокаутирует ген lacZ. «lacZ_F172*» означает, что редактирование происходит в 172-м остатке в последовательности аминокислот lacZ. После сборки продукт был обессолен в модуле изотермической сборки нуклеиновой кислоты с использованием шариков AMPure, промыт 80%-ным этанолом и элюирован в буфер. Собранный редактирующий вектор и готовые к рекомбинации электрокомпетентные клетки Е. Coli были перенесены в модуль трансформации для электропорации. Клетки и нуклеиновые кислоты были объединены и смешивались в течение 1 мин, и электропорация выполнялась в течение 30 с. Параметры порирующего импульса были следующими: напряжение 2400 В; длительность 5 мс; интервал 50 мс; количество импульсов 1; полярность +. Параметры импульса переноса были следующими: напряжение 150 В; длительность 50 мс; интервал 50 мс; количество импульсов 20; полярность +/-. После электропорации клетки были перенесены в модуль восстановления (другой модуль выращивания) и им была дана возможность восстановиться в среде SOC, содержащей хлорамфеникол. Карбенициллин был добавлен к среде через 1 час, и клеткам была дана возможность восстановиться в течение еще 2 час. После восстановления клетки хранились при 4°C до тех пор, пока они не были востребованы пользователем. [0321] The ampR plasmid backbone and the lacZ_F172* editing cassette were assembled by Gibson Assembly® into an "editing vector" in an isothermal nucleic acid assembly module included in the automated tool. lacZ_F172 functionally knocks out the lacZ gene. "lacZ_F172*" means that the editing occurs at the 172nd residue in the lacZ amino acid sequence. After assembly, the product was desalted in an isothermal nucleic acid assembly module using AMPure beads, washed with 80% ethanol, and eluted in buffer. The assembled editing vector and electrocompetent E. coli cells ready for recombination were transferred to the transformation module for electroporation. Cells and nucleic acids were pooled and mixed for 1 min and electroporation was performed for 30 s. The parameters of the porous pulse were as follows: voltage 2400 V;
[0322] После автоматизированного процесса и восстановления аликвота клеток была посеяна на агар-агар Макконки с лактозой (в качестве сахарного субстрата), хлорамфениколом и карбенициллином, и выращивалась до образования колоний. Белые колонии представляли функционально отредактированные клетки, пурпурные колонии представляли неотредактированные клетки. Все переносы жидкостей выполнялись автоматизированным устройством для обработки жидкости автоматизированного мультимодульного инструмента для обработки клеток.[0322] Following an automated process and reconstitution, an aliquot of cells was plated on MacConkey agar with lactose (as the sugar substrate), chloramphenicol, and carbenicillin, and grown to form colonies. White colonies represented functionally edited cells, magenta colonies represented unedited cells. All fluid transfers were performed by the automated fluid handling device of the automated multi-module cell processing instrument.
[0323] В результате автоматизированной обработки всего было трансформировано приблизительно 1,0E-03 клеток (сопоставимо с обычными лабораторными результатами), а эффективность редактирования составила 83,5%. Редактирование lacZ_172 в белых колониях было подтверждено секвенированием отредактированной области генома клеток. Кроме того, стадии автоматизированной обработки клеток дистанционно наблюдались с помощью веб-камеры, и текстовые сообщения посылались для обновления статуса процедуры автоматизированной обработки.[0323] As a result of automated processing, approximately 1.0E -03 cells were transformed in total (comparable to conventional laboratory results), and the editing efficiency was 83.5%. Editing of lacZ_172 in white colonies was confirmed by sequencing of the edited region of the cell genome. In addition, the automated cell processing steps were remotely monitored with a webcam and text messages were sent to update the status of the automated processing procedure.
Пример 15:Example 15: Полностью автоматизированный прогон рекурсивного редактированияFully automated recursive editing run
[0324] Рекурсивное редактирование было успешно достигнуто с использованием мультимодульной автоматизированной системы обработки клеток. Основная цепь плазмиды ampR и редактирующая кассета lacZ_V10* были собраны посредством сборки Gibson Assembly® в «редактирующий вектор» в модуле изотермической сборки нуклеиновой кислоты, включенном в автоматизированный инструмент. Аналогично редактированию lacZ_F172, редактирование lacZ_V10 функционально нокаутирует ген lacZ. «lacZ_V10» означает, что редактирование происходит в положении 10 аминокислоты в последовательности аминокислот lacZ. После сборки продукт был обессолен в модуле изотермической сборки нуклеиновой кислоты с использованием шариков AMPure, промыт 80%-ным этанолом и элюирован в буфер. Первый собранный редактирующий вектор и готовые к рекомбинации электрокомпетентные клетки Е. Coli были перенесены в модуль трансформации для электропорации. Клетки и нуклеиновые кислоты были объединены и смешивались в течение 1 мин, и электропорация выполнялась в течение 30 с. Параметры порирующего импульса были следующими: напряжение 2400 В; длительность 5 мс; интервал 50 мс; количество импульсов 1; полярность +. Параметры импульса переноса были следующими: напряжение 150 В; длительность 50 мс; интервал 50 мс; количество импульсов 20; полярность +/-. После электропорации клетки были перенесены в модуль восстановления (другой модуль выращивания) и им была дана возможность восстановиться в среде SOC, содержащей хлорамфеникол. Карбенициллин был добавлен к среде через 1 час, и клетки выращивались в течение еще 2 час. Клетки были затем перенесены в модуль центрифуги, и была выполнена замена среды. Клетки повторно суспендировались в TB, содержащем хлорамфеникол и карбенициллин, где клетки выращивались до OD600=2,7, а затем концентрировались и делались электрокомпетентными.[0324] Recursive editing has been successfully achieved using a multi-module automated cell processing system. The ampR plasmid backbone and the lacZ_V10* editing cassette were assembled by a Gibson Assembly® into an "editing vector" in an isothermal nucleic acid assembly module included in the automated tool. Similar to the lacZ_F172 edit, the lacZ_V10 edit functionally knocks out the lacZ gene. "lacZ_V10" means that the editing occurs at
[0325] Во время роста клеток второй редактирующий вектор был подготовлен в модуле изотермической сборки нуклеиновой кислоты. Второй редактирующий вектор содержал ген устойчивости к канамицину, а редактирующая кассета содержала изменение galK Y145*. В случае успеха изменение galK Y145* придает клеткам способность поглощать и метаболизировать галактозу. Редактирование, производимое кассетой galK Y154*, вводит стоп-кодон в месте расположения 154-й аминокислоты, изменяя аминокислоту тирозин на стоп-кодон. Это редактирование делает продукт гена galK нефункциональным и препятствует усвоению клетками галактозы. После сборки продукт второго редактирующего вектора был обессолен в модуле изотермической сборки нуклеиновой кислоты с использованием шариков AMPure, промыт 80%-ным этанолом и элюирован в буфер. Собранный редактирующий вектор и электрокомпетентные клетки Е. Coli (которые были трансформированы и выбраны для первого редактирующего вектора) были перенесены в модуль трансформации для электропорации с использованием тех же самых параметров, что и описанные выше. После электропорации клетки были перенесены в модуль восстановления (другой модуль выращивания) и им была дана возможность восстановиться в среде SOC, содержащей карбенициллин. После восстановления клетки выдерживались при 4°C до извлечения, после чего аликвота клеток высевалась на агар-агаре LB с хлорамфениколом и канамицином. Для количественной оценки изменений lacZ и galK пластины реплик были созданы на двух типах сред: 1) агар-агар Макконки с добавлением лактозы (в качестве сахарного субстрата), хлорамфеникола и канамицина, и 2) агар-агар Макконки с добавлением галактозы (в качестве сахарного субстрата), хлорамфеникола и канамицина. Все переносы жидкостей выполнялись автоматизированным устройством для обработки жидкости автоматизированной мультимодульной системы для обработки клеток.[0325] During cell growth, a second editing vector was prepared in an isothermal nucleic acid assembly module. The second editing vector contained the kanamycin resistance gene and the editing cassette contained the galK Y145* change. If successful, the change in galK Y145* gives the cells the ability to absorb and metabolize galactose. The editing performed by the galK Y154* cassette introduces a stop codon at the 154th amino acid location, changing the amino acid tyrosine to a stop codon. This editing renders the galK gene product non-functional and interferes with the uptake of galactose by the cells. After assembly, the second editing vector product was desalted in an isothermal nucleic acid assembly module using AMPure beads, washed with 80% ethanol, and eluted in buffer. The assembled editing vector and electrocompetent E. coli cells (which were transformed and selected for the first editing vector) were transferred to the transformation module for electroporation using the same parameters as described above. After electroporation, the cells were transferred to a recovery module (another growth module) and allowed to recover in SOC medium containing carbenicillin. After reconstitution, the cells were kept at 4° C. until retrieval, after which an aliquot of the cells was plated on LB agar with chloramphenicol and kanamycin. To quantify changes in lacZ and galK, replica plates were generated on two types of media: 1) MacConkey agar supplemented with lactose (as the sugar substrate), chloramphenicol, and kanamycin, and 2) MacConkey agar supplemented with galactose (as the sugar substrate), chloramphenicol and kanamycin. All fluid transfers were performed by the automated fluid handling device of the automated multi-module cell handling system.
[0326] В этом эксперименте рекурсивного редактирования 41% проверенных колоний имели изменения как lacZ, так и galK, результаты которых были сопоставимы с двойной эффективностью редактирования, получаемой с использованием «лабораторного» или ручного подхода. [0326] In this recursive editing experiment, 41% of colonies tested had both lacZ and galK changes, which results were comparable to twice the editing efficiency obtained using a "laboratory" or manual approach.
[0327] В то время как настоящее изобретение удовлетворяется вариантами осуществления во многих различных формах, как подробно описано в связи с предпочтительными вариантами осуществления изобретения, следует понимать, что настоящее раскрытие представляет собой всего лишь пример принципов изобретения и не предназначено для ограничения настоящего изобретения конкретными вариантам осуществления, проиллюстрированными и описанными в настоящем документе. Многочисленные вариации могут быть сделаны специалистами в данной области техники без отступлений от духа настоящего изобретения. Область охвата настоящего изобретения определяется пунктами прилагаемой формулы изобретения, а также их эквивалентами. Реферат и название не должны толковаться как ограничивающие объем настоящего изобретения, поскольку их цель состоит в том, чтобы позволить соответствующим органам, а также широкой общественности, быстро определить общий характер настоящего изобретения. В нижеследующей формуле изобретения, если не используется термин «средство», никакие из особенностей или элементов, перечисленных в нем, не должны толковаться как ограничение «средство плюс функция» в соответствии с действующим патентным законодательством США.[0327] While the present invention is embodied in many different forms, as detailed in connection with the preferred embodiments of the invention, it should be understood that the present disclosure is merely an example of the principles of the invention and is not intended to limit the present invention to particular embodiments. implementation illustrated and described in this document. Numerous variations can be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims, as well as their equivalents. The abstract and title should not be construed as limiting the scope of the present invention, as their purpose is to enable the relevant authorities, as well as the general public, to quickly determine the general nature of the present invention. In the following claims, if the term "means" is not used, none of the features or elements listed therein should be construed as a "means plus feature" limitation under applicable US patent law.
Claims (44)
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/024,816 | 2018-06-30 | ||
US62/718,449 | 2018-08-14 | ||
US62/735,365 | 2018-09-24 | ||
US62/779,119 | 2018-12-13 | ||
US62/781,112 | 2018-12-18 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2022111851A Division RU2022111851A (en) | 2018-06-30 | 2019-04-30 | TOOLS, MODULES AND METHODS FOR IMPROVED DETECTION OF REDACTED SEQUENCES IN LIVING CELLS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2773331C1 true RU2773331C1 (en) | 2022-06-02 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020139741A1 (en) * | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Henry Kopf | Integral gasketed filtration cassette article and method of making the same |
US6837995B1 (en) * | 1999-02-15 | 2005-01-04 | Vivascience Ag | Device for concentrating and purifying macromolecules |
RU2010118611A (en) * | 2007-10-09 | 2011-11-20 | Юниверсити Оф Нотр Дам Дю Лак (Us) | MICROFLUID PLATFORMS FOR DETECTING MULTIPLE TARGETS |
US20160271563A1 (en) * | 2013-06-25 | 2016-09-22 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Membrane filtration device having a hygienic suspension arrangement |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6837995B1 (en) * | 1999-02-15 | 2005-01-04 | Vivascience Ag | Device for concentrating and purifying macromolecules |
US20020139741A1 (en) * | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Henry Kopf | Integral gasketed filtration cassette article and method of making the same |
RU2010118611A (en) * | 2007-10-09 | 2011-11-20 | Юниверсити Оф Нотр Дам Дю Лак (Us) | MICROFLUID PLATFORMS FOR DETECTING MULTIPLE TARGETS |
US20160271563A1 (en) * | 2013-06-25 | 2016-09-22 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Membrane filtration device having a hygienic suspension arrangement |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10954485B1 (en) | Instruments, modules, and methods for improved detection of edited sequences in live cells | |
US10835869B1 (en) | Instruments, modules, and methods for improved detection of edited sequences in live cells | |
US10752874B2 (en) | Instruments, modules, and methods for improved detection of edited sequences in live cells | |
WO2020037051A1 (en) | Instruments, modules, and methods for improved detection of edited sequences in live cells | |
RU2773331C1 (en) | Tools, modules and methods for improved detection of edited sequences in live cells |