专家们告诉你,他们如何保存样品?

【字体: 时间:2015年03月12日 来源:生物通

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  假如说有天你正在构建实验室需要的遗传材料,刚刚完成了一些纯化插入片段,PCR产物,和半成品质粒,这时候突然有事需要你去处理,你只好赶紧把这些东西放到-20°C 的冰箱里,但是却忘了在笔记本上记录下它们的位置。之后你的同事想要继续完成这项工作,但他们不知道到哪里去找样品,你一时半会也回不来,那么怎么办?

生物通报道:假如说有天你正在构建实验室需要的遗传材料,刚刚完成了一些纯化插入片段,PCR产物,和半成品质粒,这时候突然有事需要你去处理,你只好赶紧把这些东西放到-20°C 的冰箱里,但是却忘了在笔记本上记录下它们的位置。之后你的同事想要继续完成这项工作,但他们不知道到哪里去找样品,你一时半会也回不来,那么怎么办?

在生物实验室经常有人说,我们最重要,最宝贵的资产就是冰箱里或者液氮罐里Eppendorf管里保存的东西了,但是在这些容器上要标注出处,用途,来源,时间等大量信息并不容易,而且还要考虑到某些人的潇(ma)洒(hu)字迹。更别提经年累月后,几经易手后,令人费解的一连串神秘的字母和数字,如SHC1-1 标识的是什么意思?那是一个质粒,还是引物?全长的还是部分片段?浓度是多少?在这种情况下,研究人员通常别无选择,只能抛弃这一也许具有重要价值的样品。

这种情况也许在每个实验室中不可避免,就算是进行了细致的文档记录,但是项目一旦完成,也许就不会再有人记起这些样品了。The Scientist杂志近期汇总了一下专家的意见,看看他们的实验室是如何保存样品的呢?

第一个例子:来自波士顿儿童医院的George Daley实验室

George Daley教授是干细胞领域的著名学者,多年来从事多能干细胞维持全能性的分子机制研究,在多能干细胞向造血细胞分化等领域都作出了重要贡献,其实验室是最早建立人iPS细胞及病人来源iPS细胞的实验室之一,Daley教授也曾于2007年担任国际干细胞学会的主席。

主要问题:

Daley 教授实验室在同一时期有20-40名实验室工作人员同时工作,他们都需要用到三台–80°C 冰箱和两个液氮罐,这会导致产生大量需要保存的试管,容易丢失或错位。

解决方案:

经过多年的实验研究,Daley实验室出现了无数需要保存的细胞株和试剂。2007年,实验室管理员Beth Kaleta加入他们实验室,当时寻找样品的唯一方法就是在一个留有各种涂鸦,“鬼画符”的活页夹上寻找试剂样品的踪迹。

为此Kaleta构建了一个Excel 电子表格来追踪出处,比如说她记录下A质粒位于冰箱3层、2排、第四个盒子的D2位置,从此之后每一位研究者都这样保存他们的样品。“这个编撰目录并不容易,因为有时样品并不能与实验室笔记相匹配,所以我们也在考虑加上条形码。”

实验室里的每位博士后都至少有一个液氮罐架子(5个盒子,每个盒子有81个样品),以及超低温冰箱中的架子(16个盒子)。在实验室中,研究人员自己负责自己的材料,但是一旦这位研究人员不在,那么“我们就无法知道他盒子里留下了什么”,Kaleta说。

每当有人离开实验室,Kaleta就会与另外一位资深研究员,和这个要离开的研究人员进行交接,确保关键的试剂和细胞株不会丢失。她表示,关键的细胞株会被送到哈佛干细胞研究所核心实验室中进行扩增和保存,重要的质粒也会被保存,并转移到
 Addgene,这是一个非盈利性质的生物试剂存储库和分配库,目前已有75个Daley 实验室的质粒可以提供给全球2,000个实验室使用。

一般来说,Daley 实验室自己只会保存两小瓶,“这样就能腾出许多空间来,”Kaleta说。

从笔记本到电子表格,Kaleta进一步完善了实验室的保存样品管理,但是依然还是会出现无法识别的样品,她说,像之前有位博士后,他设计了多个iPSC细胞系,并用一个只有他自己知道的密码方法进行命名,现在自己却忘了。

第二个例子:来自多伦多大学和西奈山医院Lunenfeld-Tanenbaum研究所的Tony Pawson实验室

Tony Pawson院士是细胞信号与调控研究领域的权威专家,他曾识别出磷酪氨酸结合SH2结构域,并证明其在蛋白-蛋白相互作用中的功能,被汤姆森路透预测认为是有可能获得诺贝尔奖的科学家。

主要问题:

Pawson与其他研究人员在Lunenfeld-Tanenbaum研究所的实验室成立于2005年,自成立后这一实验室从美国国立卫生研究院的人类和小鼠哺乳动物基因文库(Mammalian Gene Collection,MGC,生物通注)克隆了大量基因。毫无疑问,他们需要保存数以万计的细菌群。

解决方案:

实验室人员Karen Colwill表示,Lunenfeld-Tanenbaum研究所的MGC克隆都是断断续续购买的,目前已经有了上千份样品,这些克隆是放在微孔板里运过来的,现在实验室也这么保存这些样品。

在一个–80°C超低温冰箱中,大约有751个96孔板和384孔板保存的七万多个克隆,它们被分别放在25个机架(每个架子上66块板)上。所以要找到任何一个克隆就需要记录的笔记本,此外,实验室还有将近1,000 个细胞株存储在液态氮中,为此Colwill和实验室软件工程师Marina Olhovsky 开发出了一种新工具: OpenFreezer (openfreezer.org)。

这一成果公布在Nature Methods杂志上(OpenFreezer: a reagent information management software system)。

OpenFreezer是一个免费的基于 Linux 的开源Web应用程序,可以用于保存和安全归档多个试剂文件,支持多用户界面。“这并不是一个简单的Windows下载文件,”Colwill说,“需要找个懂编程的人来解释,”才能应用这一程序。不过尽管如此,她也表示,这一工具“使用方便,直观”,目前已有20 多个机构使用该应用程序。

用户可以自定义 OpenFreezer,来跟踪和管理库存中任何类型的试剂,也包括质粒,插入片段,寡聚核苷酸,和细胞株等。这一数据库还可以捕捉到关联的信息,如核酸序列、样品浓度和体积,以及储存位置。

研究人员可以通过一个简单的Web浏览器连接上系统,目前Colwill等人正在开发手机应用软件。今年他们还将公布一个新的版本,升级到能添加实验手册和跟踪实验室订单的模块。

OpenFreezer 能帮助研究人员通过关键词,或者数据库识别符号来筛选寻找样品,并根据物理位置识别试剂。Colwill说,这一数据库目前已经在他们研究所用于记录多个实验室和用户的186,000 个样品。通过定期更新数据库,研究人员就能确保自己样品的安全归档,当然这前提是存储样品的时候要登记下来。不过Colwill也表示,这一系统还是能确保关键试剂的保存和寻找,实验室管理员可以要求研究人员进行常规的试剂保存,这样就能完善整个系统。

“OpenFreezer确实要比常规方法,更容易挽救前实验室成员的克隆样品,”Colwill说。

 


第三个例子:马里兰大学的萧顺元教授

萧顺元博士早年毕业于华中农业大学,先后在美国佛罗里达大学柑橘研究教育中心和英国东安格利亚大学从事柑橘育种和植物抗病方面的研究。1991年获得瑞典国际科学基金,1999年入选“春晖计划”海外学者,2005年获得美国农业部颁发的新研究者奖。曾在Science杂志上发文克隆RPW8广谱抗病基因,阐明RPW8的进化及信号传递链,并发现RPW8是特异地定位于寄主与真菌吸器形成的界面外膜上的抗病蛋白,进一步解释了RPW8产生广谱抗性的分子机理。

主要问题:萧博士实验室有超过2,700 份DNA样品,主要通过不同的Excel 电子表格跟踪其位置和具体内容。统一这些电子表格并更新并不容易,因此他们寻找一份特殊的试剂(及其序列)需要花上30分钟。“这太难了”,实验室研究生Harley King说。

解决方案:

为了管理实验室的各种试剂样品,萧博士实验室选择了一种新工具:Quartzy(quartzy.com)。

这是2009年推出的一种主要基于云端的免费实验室管理工具,利用这一工具,研究人员可以将其实验室试剂样品储存信息的Excel表格上传。萧博士实验室的一位高中实习生就花了几个星期的时间整理了他们实验室的数据,将试剂样品重新放置道路有编号的盒子里。

除了库存管理,Quartzy 也能用于管理试剂订购,文档存储(例如,标准操作程序指南等),和仪器的调度。研究人员可以根据位置或样品信息进行搜索,也可以直接将采购请求提交给实验室管理员。

这种软件甚至可以提出所需试剂的替代价格方案,事实上,Quartzy 已经与一些生命科学厂家合作,为研究人员提供相关的建议。“前几天,这一软件将为我节食了买琼脂糖的12块钱,”King说。

其它实验室也在使用Quartzy,如来自芝加哥大学的病理学教授Jerrold Turner,他主要利用这一软件进行仪器管理和订单跟踪,同时他也为冰箱制定了电子表格。他说,Quartzy“作用大”,但是“这些解决方案并不人性化”,他认为要定时更新数据库很难,“要想组织好实验室的成员,这就跟给一群猫放牧一样,”Turner说。

Turner采用了其它软件保存其小鼠克隆和液氮罐组织样品,如他用定制的 FileMaker专业版软件来管理液氮罐样品,通过物理位置记录数据信息,另外他还用 mLIMS 在线工具来管理小鼠克隆,“有效追踪能帮助实验室成员思考他们的实验策略。我们目前的管理成本已经下调了40%,管理效率却没有减少,”Turner说。


第四个例子:约翰霍普金斯大学生物资源库

主要问题:

约翰霍普金斯大学生物库 (Johns Hopkins Biological Repository,JHBR) 占地 8000 平方英尺,共有两处存储空间,经过三十年的积累,收集了超过250 万份的生物标本,其中包括血清样品,核苷酸样品,以及指甲和头发样品,这些样品都储存在62个汽相液氮罐中,可见要找到需要的样品是一个巨大的工程。

解决方案:

1997 年,JHBR临床实验室管理员Stacey Cayetano开始探索如何能省去手写标签的麻烦,进行条形码安全样品管理。“这种方法更有利于数据转移,”她选择的软件是来自Dataworks Development公司的Freezerworks (freezerworks.com) 。

Cayetano解释道,Freezerworks 是她能找到的最具人性化的解决方案,而且也是最容易配置的软件。JHBR储存了人体临床实验的病患样品,以及实验中对应的特殊研究操作手册,“每时每刻我们都需要同时处理30-40个研究手册,因此我们需要极大的灵活性,”Cayetano说。

Freezerworks是一种关系数据库,将样品和样品属性关联到它们的位置上,JHBR会保存样品的处理过程,体积容量等多个信息,研究人员可以进行十分细化的搜索。比如说符合某些统计要求的患者列表(出于隐私的原因,JHBR不会储存具体这些信息),研究人员可以要求JHBR完成500μ l艾滋病病毒阴性血清的保存,这些样品一旦被保存了,就不会丢失。

“Freezerworks 能将符合标准的样品保存在子集中,”Cayetano说。

Freezerworks与OpenFreezer一样,也是采用的客户端-服务器体系结构,由约翰霍普金斯大学公共卫生学院维护这些服务器,JHBR相关人员能在工作站上访问它,在这一 Web界面上,远程用户需要具有适当的权限(如研究客户端)在只读模式搜索他们的样品,然后发送请求,告诉JHBR 工作人员进行操作。

Cayetano表示这一系统简单好用,“我已经教会了超过75个技术人员如何使用这一软件”,Dataworks Development公司也会对出现的一些bugs和功能请求进行修补。相关的预算大约是一年5,000 美元(当地价格),“我一直在使用这个软件,这已经成为了我项目中的一个固定内容。”

此外,如果今后这一公司不再维护这些软件,JHBR也不会陷入困境,因为通过简单的数据处理,就能将这些数据转移到平面文件格式中。

(生物通:张迪)

更多实验操作指南:

CRISPR操作指南进阶版

单细胞表观遗传学研究指南(上)

专家指南:CRISPR实验中如何选择sgRNA

原文摘选:

Chill GPS

Keeping track of frozen biological samples

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