自动化机器学习机器人开启遗传学研究的新潜力

明尼苏达大学双城分校的研究人员建造了一个机器人，该机器人使用机器学习来完全自动化基因研究中使用的复杂显微注射过程

在他们的实验中，研究人员能够使用这种自动化机器人来操纵多细胞生物的遗传学，包括果蝇和斑马鱼胚胎。这项技术将节省实验室的时间和金钱，同时使他们能够更容易地进行新的大规模基因实验，而这些实验以前使用手动技术是不可能的

这项题为“使用机器视觉引导的胚胎微注射机器人对多细胞生物进行高通量基因操作”的研究登上了2024年4月出版的《遗传学》杂志的封面。这项工作由明尼苏达大学机械工程研究生Andrew Alegria和Amey Joshi共同领导。该团队还致力于将这项技术商业化，通过明尼苏达大学的初创公司Objective Biotechnology将其广泛使用

微量注射是一种使用非常精细的移液管将细胞、遗传物质或其他试剂直接引入胚胎、细胞或组织的方法。研究人员训练机器人检测出百分之一米粒大小的胚胎。检测后，机器可以计算路径并自动执行注射过程

明尼苏达大学机械工程副教授、该研究的资深作者Suhasa Kodandaramaiah说：“这种新工艺比手动注射更稳健、更可重复。”。“有了这个模型，各个实验室将能够想出没有这种技术就无法完成的新实验。”

通常，这种研究需要高技能的技术人员来进行显微注射，而许多实验室没有这种技术。这项新技术可以扩大在实验室进行大型实验的能力，同时减少时间和成本

这项研究的合著者、明尼苏达大学基因组学中心创新实验室的组长、遗传学、细胞生物学和发展系的研究助理教授Daryl Gohl说：“这对遗传学界来说是非常令人兴奋的。近年来，写写和读DNA的能力有了很大的提高，但拥有这项技术将提高我们在各种生物体中进行大规模遗传实验的能力。”

这项技术不仅可以用于基因实验，还可以通过超低温保存技术来帮助保护濒危物种

其他团队成员强调了该技术的其他应用程序，这些应用程序可能会产生更大的影响

“我们希望这项技术最终能用于体外受精，在那里你可以在微尺度上检测这些卵子，”该论文的共同主要作者、明尼苏达大学生物传感和生物机器人实验室机械工程研究生助理Andrew Alegria说。

除了Kodandaramaiah、Gohl、Alegria和Joshi，该团队还包括来自明尼苏达大学科学与工程学院和明尼苏达大学基因组学中心创新实验室的几名研究人员。该团队最近赢得了该大学的“Walleye Tank”生命科学竞赛。这场生命科学演讲比赛为新兴和成熟的医疗和生命科学公司提供了教育和宣传机会

这项研究是与生物系统保护先进技术工程研究中心（ATP Bio）和明尼苏达大学斑马鱼核心合作完成的