ReacSight : une solution logicielle pour une automatisation des expériences de laboratoire souple, réactive et abordable

Des chercheurs de l’équipe InBio* ont développé ReacSight, une solution logicielle en Python destinée à améliorer l’utilité des appareils de mesure sensibles (lecteurs de plaques, cytomètres...) en leur adjoignant des capacités de pipetage, ainsi qu’à créer des plateformes réactives fondées sur des bioréacteurs capables d’analyse et d’échantillonnage en temps réel. L’automatisation accroît le débit et la reproductibilité des expériences.

Les bioréacteurs à petite échelle et bas coût apparaissent comme de puissants outils de recherche en biologie des systèmes et de synthèse. Ils permettent de contrôler étroitement les paramètres de culture cellulaire (température, densité cellulaire, taux de renouvellement du milieu, etc.) sur de longues périodes (plusieurs jours). Grâce aux propriétés uniques des bioréacteurs, les chercheurs sont en mesure de réaliser des expériences particulièrement élaborées et de bénéficier d’une reproductibilité expérimentale élevée.

Cependant, les capacités de mesure des systèmes existants sont limitées. Un suivi dans le temps des caractéristiques clés de la population de cellules cultivées, telles que les niveaux d’expression génique et de stress cellulaire, la taille et la morphologie des cellules, la progression du cycle cellulaire et les proportions des différents génotypes ou phénotypes, s’avère souvent indispensable. Les chercheurs doivent généralement extraire, traiter et mesurer manuellement des échantillons de culture avant de les placer sur des instruments sensibles spécifiques. Or, ces interventions manuelles sont fastidieuses, sont sources d’erreurs et limitent fortement la résolution temporelle et la réactivité.

C’est pourquoi les scientifiques de l’équipe InBio, un groupe de recherche mixte Inria / Institut Pasteur, ont développé ReacSight, une solution générique et flexible d’amélioration des possibilités des bioréacteurs à des fins d’automatisation des mesures et de contrôle réactif des expériences [1]. Ce logiciel peut également être utilisé pour étendre l’utilité des appareils de mesure en plaque en leur adjoignant des capacités de pipetage et d’automatisation. ReacSight exploite les robots pipeteurs Opentrons abordables. Il convient parfaitement à l’intégration de composants open source et open hardware, mais se révèle également compatible avec les composants propriétaires à interface graphique uniquement (comme les cytomètres). Vous trouverez des exemples d’applications dans les articles [1] et [2]. Ainsi, en associant des bioréacteurs, un robot pipeteur et un cytomètre et en adoptant une approche d’optogénétique avec la levure, les chercheurs ont contrôlé l’expression d’un gène en temps réel avec une grande précision et créé un consortium artificiel à la composition ajustable. La connexion d’un lecteur de plaques à un robot pipeteur leur a également permis de former un « mini-turbidostat » et d’étudier l’effet de traitements antimicrobiens répétés sur des isolats bactériens.

Les plateformes automatisées sont gages d’un débit accru. Elles autorisent, par exemple, la réalisation de mesures cytométriques toutes les 2 heures pendant 5 jours pour 8 bioréacteurs fonctionnant en parallèle. L’automatisation améliore également la réactivité. Il est notamment possible de poster des messages d’avertissement ou d’erreur sur la plateforme de communication Discord afin de contacter l’utilisateur sur son ordinateur ou son téléphone en temps réel, ainsi que de réaliser des expériences intelligentes dont le plan expérimental n’est pas figé dès le départ, mais actualisé de manière dynamique à partir des données collectées au fur et à mesure. Enfin, l’automatisation accentue la qualité de la documentation (fichiers de log) et facilite la détection de problèmes et la reproductibilité. L’équipe étend actuellement la fonctionnalité du logiciel pour qu’il puisse être connecté à la solution eLABJournal de l’Institut Pasteur.

Dans le même esprit, l’équipe InBio a développé MicroMator, un autre outil logiciel d’automatisation des expériences. Celui-ci systématise l’utilisation de Micromanager et permet de réaliser des expériences de microscopie intelligentes et réactives [3]. MicroMator améliore également le débit, la reproductibilité et la réactivité des expériences.

N’hésitez pas à contacter l’équipe InBio pour toute question relative à la mise en place de plateformes expérimentales réactives pour vos recherches : gregory.batt@inria.fr

 

*équipe InBio – Méthodes expérimentales et computationnelles pour la modélisation des processus cellulaires

[1] The paper presenting ReacSight and several challenging applications
Bertaux, F., Sosa-Carrillo, S. et al. Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight. Nat Commun 13, 3363 (2022).

[2] On a ReacSight application to control microbial consortia  
Aditya, C. et al. A light tunable differentiation system for the creation and control of consortia in yeast. Nat Commun 12, 5829 (2021).

[3] The paper presenting MicroMator and several challenging applications
Fox, Z.R. et al. Enabling reactive microscopy with MicroMator. Nat Commun 13, 2199 (2022).

ReacSight: a strategy to enhance bioreactor arrays for automated measurements and reactive experiment control