Barcoded-Plasmid DNA library construction for recording cell lineage trees enabled by a Scalable and modular Biofoundry-based Automated Robotic Pipeline

수백만 개의 미세한 세포들을 위한 거대하고 복잡한 가계도를 만들려고 한다고 상상해 보십시오. 하지만 이를 위해서는 먼저 각 세포 안에 특정 "지시 설명서"(플라스미드 DNA)를 전달해야 합니다. 문제는, 이 설명서들을 준비하는 과정이 마치 백만 권의 문서를 일일이 손으로 복사하는 것과 같다는 점입니다. 이는 느리고, 지저도하며, 종종 복사본이 흐릿하거나 불완전하게 나옵니다. 생물학의 세계에서, 이 "흐릿한 복사본" 문제는 과학자들이 고품질의 실험을 수행하는 것을 가로막는 주요 장애물입니다.

이 논문은 초효율적이고 자동화된 도서관처럼 작동하는 해결책을 소개합니다.

로봇 사서
과학자들이 직접 액체를 피펫팅하는 데(이는 물컵을 한 컵씩 옮기기 위해 작은 스포이드를 사용하는 것과 같습니다) 수 시간을 소비하는 대신, 연구진은 "바이오파운드리(Biofoundry)"를 구축했습니다. 이것은 CyBio FeliX라는 이름의 로봇이 운영하는 첨단 공장 현장이라고 생각하면 됩니다. 이 로봇은 숙련된 사서와 같아서, 지치거나 실수하지 않고 완벽한 정밀도로 수천 개의 미세한 액체 샘플을 집고, 섞고, 분류할 수 있습니다.

"자기력 자석" 기술
DNA 지시서를 정제하기 위해, 로봇은 자기 비드를 사용하는 SPRI라는 특별한 기술을 사용합니다. 이 비드들은 좋은 DNA에만 달라붙고 나머지 불순물(먼지나 부서진 종이 조각 같은 것들)은 무시하는 초강력 자석이라고 생각하면 됩니다. 로봇이 혼합물 위로 자석을 휘두르면, 오직 순수하고 고품질인 DNA만을 끌어당겨 남겨두고 나머지는 찌꺼기로 남겨둡니다. 이를 통해 모든 지시 설명서가 사용될 준비가 된 깨끗한 상태임을 보장합니다.

하나에서 여럿으로
이 시스템의 묘미는 유연성에 있습니다. 이것은 생물학을 위한 모듈형 레고 세트와 같습니다. 8개의 샘플(작은 테스트 배치)을 처리하든 96개의 샘플(전체 생산 실행)을 처리하든, 로봇은 즉각적으로 조정됩니다.

거대한 결과
이 특정 프로젝트에서 팀은 이 로봇 공장을 사용하여 528종의 서로 다른 DNA 플라스미드를 한꺼번에 처리했습니다. 그들은 단순히 정제만 한 것이 아니라, 이들을 거대한 "렌티바이러스 라이브러리"로 조립했습니다. 이 라이브러리는 모든 카드에 고유한 바코드가 찍혀 있는 거대한 카드 덱이라고 생각하면 됩니다. 이 카드들이 포유류 세포 속으로 전달되면, 그것들은 ID 태그 역할을 하여 과학자들이 나중에 해당 세포의 가계(계보)를 추적할 수 있게 해줍니다.

팀은 다음 과정을 통해 이것이 작동함을 증명했습니다:

1. "카드"들이 정확한지 확인하기 위해 라이브러리를 **시퀀싱(염기서열 분석)**했습니다.
2. 실제 포유류 세포에 테스트하여 세포들이 지시 사항을 완벽하게 받아들였음을 보여주었습니다.

마지막으로, 그들은 이 비밀을 간직하지 않았습니다. 그들은 이 로봇 프로세스의 "설계도"를 공개 GitHub 저장소에 업로드하여, 전 세계 과학계가 자신만의 자동화된 라이브러리를 구축하고 각자의 발견 속도를 높일 수 있도록 초대했습니다.