Name: characterization of complex systems using the design of experiments approach: transient protein expression in tobacco as a case study
Uploaded: 2014-01-31T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Characterization of Complex Systems Using the Design of Experiments Approach: Transient Protein Expression in Tobacco as a Case Study at JoVE.com

Forfatterne er takknemlige til Dr. Thomas Rademacher for å gi pPAM anlegget uttrykk vektor og Ibrahim Al Amedi for å dyrke tobakksplanter brukt i denne studien. Vi ønsker å takke dr. Richard M. Twyman for hans hjelp med å redigere manuskriptet. Dette arbeidet ble delvis finansiert av European Research Council Advanced Grant &quot;Future-Pharma&quot;, forslag nummer 269110 og Fraunhofer Zukunftsstiftung (Fraunhofer Future Foundation).

En. Planlegger du en DoE Strategi <ol><li> Identifisere relevante faktorer og tiltak for inkludering i design. <ol><li> Definere ett eller flere svar for måling. Her ble 2G12 og DsRed ekspresjonsnivåer brukes (ug / ml), inkludert det minimum påviselig forskjell anses som relevante (10 og 20 ug / ml, henholdsvis), og en tilnærmet verdi for den beregnede standardavviket av systemet (4 og 8 ug / ml, respektivt) basert på tidligere forsøk. </li><li> Bruk tilgjengelig litteratur, data fra tidligere eksperimenter elle...

<ol>
	<li>Fischer, R., Emans, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+farming+of+pharmaceutical+proteins.">Molecular farming of pharmaceutical proteins.</a> Transgenic research. 9, 277-299 (2000).</li><li>Commandeur, U., Twyman, R. M., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biosafety+of+molecular+farming+in+plants.">The biosafety of molecular farming in plants.</a> AgBiotechNet. 5, 9 (2003).</li><li>Shoji, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+plant-based+system+for+rapid+production+of+influenza+vaccine+antigens.">A plant-based system for rapid production of influenza vaccine antigens.</a> Influenza Other Resp. 6, 204-210 (2012).</li><li>Goodin, M. M., Zaitlin, D., Naidu, R. A., Lommel, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nicotiana+benthamiana:+Its+history+and+future+as+a+model+for+plant-pathogen+interactions.">Nicotiana benthamiana: Its history and future as a model for plant-pathogen interactions.</a> Mol Plant Microbe In. 21, 1015-1026 (2008).</li><li>Berg, R. H., Beachy, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescent+protein+applications+in+plants.">Fluorescent protein applications in plants.</a> Method Cell Biol. 85, 153 (2008).</li><li>Chung, S. M., Vaidya, M., Tzfira, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agrobacterium+is+not+alone:+gene+transfer+to+plants+by+viruses+and+other+bacteria.">Agrobacterium is not alone: gene transfer to plants by viruses and other bacteria.</a> Trends in plant science. 11, 1-4 (2006).</li><li>Sheludko, Y. V., Sindarovska, Y. R., Gerasymenko, I. M., Bannikova, M. A., Kuchuk, N. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+several+Nicotiana+species+as+hosts+for+high-scale+Agrobacterium-mediated+transient+expression.">Comparison of several Nicotiana species as hosts for high-scale Agrobacterium-mediated transient expression.</a> Biotechnology and Bioengineering. 96, 608-614 (2007).</li><li>Wydro, M., Kozubek, E., Lehmann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+transient+Agrobacterium-mediated+gene+expression+system+in+leaves+of+Nicotiana+benthamiana.">Optimization of transient Agrobacterium-mediated gene expression system in leaves of Nicotiana benthamiana.</a> Acta Biochimica Polonica. 53, 289-298 (2006).</li><li>Buyel, J. F., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Processing+heterogeneous+biomass:+Overcoming+the+hurdles+in+model+building.">Processing heterogeneous biomass: Overcoming the hurdles in model building.</a> Bioengineered. 4, (2013).</li><li>Fischer, R., Schillberg, S., Hellwig, S., Twyman, R. M., Drossard, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GMP+issues+for+recombinant+plant-derived+pharmaceutical+proteins.">GMP issues for recombinant plant-derived pharmaceutical proteins.</a> Biotechnol Adv. 30, 434-439 (2012).</li><li>Daniel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-at-a-time+plans.">One-at-a-time plans.</a> Journal of the American Statistical Association. 68, 353-360 (1973).</li><li>Czitrom, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-Factor-at-a-Time+versus+Designed+Experiments+The+American+Statistician.">One-Factor-at-a-Time versus Designed Experiments The American Statistician.</a> 53, 6 (1999).</li><li>Anderson, M. J., Kraber, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Keys+to+successful+designed+experiments.">Keys to successful designed experiments.</a> ASQ - The global voice of quality. 6, 6 (1999).</li><li>Montgomery, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Design and Analysis of Experiments. , (2007).</li><li>Myers, R. H., Montgomery, D. C., Anderson-Cook, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments. , (2009).</li><li>Piepel, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programs+for+generating+extreme+vertices+and+centroids+of+linearly+constrained+experimental+regions.">Programs for generating extreme vertices and centroids of linearly constrained experimental regions.</a> J Qual Technol. 20, 15 (1988).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> FDA. , (2009).</li><li>Shivhare, M., McCreath, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Practical+Considerations+for+DoE+Implementation+in+Quality+By+Design.">Practical Considerations for DoE Implementation in Quality By Design.</a> BioProcess International. 8, 9 (2010).</li><li>Buyel, J. F., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predictive+models+for+transient+protein+expression+in+tobacco+(Nicotiana+tabacum+L.)+can+optimize+process+time,+yield,+and+downstream+costs.">Predictive models for transient protein expression in tobacco (Nicotiana tabacum L.) can optimize process time, yield, and downstream costs.</a> Biotechnology and bioengineering. 109, 2575-2588 (2012).</li><li>Buyel, J. F., Kaever, T., Buyel, J. J., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predictive+models+for+the+accumulation+of+a+fluorescent+marker+protein+in+tobacco+leaves+according+to+the+promoter/5'UTR+combination.">Predictive models for the accumulation of a fluorescent marker protein in tobacco leaves according to the promoter/5'UTR combination.</a> Biotechnology and bioengineering. 110, 471-482 (2013).</li><li>Anderson, M. J., Whitcomb, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> DOE Simplified: Practical Tools for Effective Experimentation. , (2000).</li><li>Anderson, M. J., Whitcomb, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Response Surface Methods Simplified. , (2005).</li><li>De Gryze, S., Langhans, I., Vandebroek, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+the+correct+intervals+for+prediction:+A+tutorial+on+tolerance+intervals+for+ordinary+least-squares+regression.">Using the correct intervals for prediction: A tutorial on tolerance intervals for ordinary least-squares regression.</a> Chemometr Intell Lab. 87, 147-154 (2007).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Plasmid DNA purification User manual. , (2012).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> PCR clean-up Gel extraction User manual. , (2012).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Quick Ligation Protocol. 4, (2009).</li><li>Inoue, H., Nojima, H., Okayama, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Efficiency+Transformation+of+Escherichia-Coli+with+Plasmids.">High-Efficiency Transformation of Escherichia-Coli with Plasmids.</a> Gene. 96, 23-28 (1990).</li><li>Main, G. D., Reynolds, S., Gartland, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroporation+protocols+for+Agrobacterium.">Electroporation protocols for Agrobacterium.</a> Methods in Molecular Biology. 44, 405-412 (1995).</li><li>Gruber, A. R., Lorenz, R., Bernhart, S. H., Neubock, R., Hofacker, I. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Vienna+RNA+websuite.">The Vienna RNA websuite.</a> Nucleic acids research. 36, 70-74 (2008).</li><li>Howell, S., Kenmore, M., Kirkland, M., Badley, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-density+immobilization+of+an+antibody+fragment+to+a+carboxymethylated+dextran-linked+biosensor+surface.">High-density immobilization of an antibody fragment to a carboxymethylated dextran-linked biosensor surface.</a> J Mol Recognit. 11, 200-203 (1998).</li><li>Newcombe, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+biosensor+assay+to+quantify+polyclonal+IgG+in+ovine+serum+used+for+the+production+of+biotherapeutic+antibody+fragments.">Evaluation of a biosensor assay to quantify polyclonal IgG in ovine serum used for the production of biotherapeutic antibody fragments.</a> Process Biochem. 41, 842-847 (2006).</li><li>Peixoto, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hierarchical+Variable+Selection+in+Polynomial+Regression-Models.">Hierarchical Variable Selection in Polynomial Regression-Models.</a> Am Stat. 41, 311-313 (1987).</li><li>Peixoto, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Property+of+Well-Formulated+Polynomial+Regression-Models.">A Property of Well-Formulated Polynomial Regression-Models.</a> Am Stat. 44, 26-30 (1990).</li><li>Sanders, P. R., Winter, J. A., Barnason, A. R., Rogers, S. G., Fraley, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+cauliflower+mosaic+virus+35S+and+nopaline+synthase+promoters+in+transgenic+plants.">Comparison of cauliflower mosaic virus 35S and nopaline synthase promoters in transgenic plants.</a> Nucleic acids research. 15, 1543-1558 (1987).</li><li>Ma, J. K. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+and+Assembly+of+Secretory+Antibodies+in+Plants.">Generation and Assembly of Secretory Antibodies in Plants.</a> Science. 268, 716-719 (1995).</li><li>Wycoff, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secretory+IgA+antibodies+from+plants.">Secretory IgA antibodies from plants.</a> Curr Pharm Design. 11, 2429-2437 (2005).</li><li>Pace, C. N., Vajdos, F., Fee, L., Grimsley, G., Gray, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+measure+and+predict+the+molar+absorption+coefficient+of+a+protein.">How to measure and predict the molar absorption coefficient of a protein.</a> Protein Sci. 4, 2411-2423 (1995).</li></ol>

Hvert eksperiment krever nøye planlegging fordi ressursene er ofte knappe og dyre. Dette er spesielt sant for DoE strategier fordi feil i planleggingsfasen (f.eks velge en grunnmodell som ikke dekker alle vesentlige faktor interaksjoner) kan ha stor negativ prediktiv kraft av modellene og dermed devaluere hele eksperimentet. Imidlertid, kan disse feilene lett unngås ved å følge vanlige fremgangsmåter. Hensyn under DoE planlegging For det første er det...

Produksjonen av biofarmasøytiske proteiner i planter er fordelaktig fordi plantene er billig å vokse, kan plattformen bli skalert opp bare ved å dyrke flere planter, og humane patogener er ute av stand til å replikere 1,2. Gående uttrykk strategier basert for eksempel på infiltrasjon av blader med Agrobacterium tumefaciens gir ekstra fordeler fordi tiden mellom det punktet av DNA levering og levering av et renset produkt reduseres fra år til mindre enn 2 måneder 3. Gående uttrykk brukes også for funksjonsanalyse, for eksempel for å teste gener for sin evne til å utfylle tap-av-funksjon mutanter eller å undersøke protein interaksjoner 4-6. Imidlertid transiente ekspresjonssystemer nivåer tendens til å vise større batch-til-batch variasjon enn uttrykk nivåer i transgene planter 7-9. Dette reduserer sannsynligheten for at biofarmasøytiske produksjonsprosesser basert på transient ekspresjon will være godkjent i sammenheng med Good Manufacturing Practice (GMP) fordi reproduserbarhet er en kritisk kvalitetsegenskap og er underlagt risikovurdering 10. Slike variasjoner kan også maskere eventuelle interaksjoner som forskerne har til hensikt å undersøke. Derfor setter vi ut for å identifisere de viktigste faktorene som påvirker forbigående uttrykk nivåer i planter og å bygge en høy kvalitet kvantitative prediktiv modell. Den ene-factor-på-en-gang (OFAT) tilnærmingen er ofte brukt for å karakterisere virkningen (effekt) av visse parametre (faktorer) på utfallet (respons) av et eksperiment 11. Men dette er suboptimal fordi de enkelte testene (løper) under en etterforskning (eksperiment) vil bli justert som perler på en snor gjennom potensielt område spredt av de faktorene som er testet (design plass). Dekningen av utformingen plass og dermed graden av informasjon avledet fra forsøket erlav, som vist i figur 1A 12. Videre kan avhengigheter mellom forskjellige faktorer (faktor interaksjoner) forblir skjult resulterer i dårlige modeller og / eller prediksjon av falsk optima, som vist i figur 1B 13. Ulempene beskrevet ovenfor, kan unngås ved å bruke en utforming av eksperimenter (DOE) tilnærming der forsøkene i et eksperiment er spredt mer jevnt gjennom hele utformingen mellomrom, noe som betyr at mer enn en faktor varieres mellom to omganger 14. Det er spesialiserte design for blandinger, screening faktorer (fakultet design) og kvantifisering av faktor virkninger på svar (svar overflatemetoder, RSM s) 15. Videre kan RSMs bli realisert som sentrale-kompositt design, men kan også gjøres effektivt ved hjelp av spesialisert programvare som kan bruke forskjellige kriterier for valg av løyper. For eksempel, den såkalte D-optimality kriterier vil velge kjøres så for å minimalisere feil i koeffisientene for den resulterende modell, de IV-Optimality kriterium velges løper som oppnår den beste forutsigelse variansen i løpet av utformingen plass 15,16. RSM vi beskriver her tillater presis kvantifisering av forbigående protein uttrykk i planter, men det kan lett overføres til ethvert system som involverer flere (~ 5-8) numeriske faktorer (f.eks temperatur, tid, konsentrasjon) og noen få (~ 2 - 4) categoric faktorer (for eksempel promoter, farge), hvori en mekanistisk beskrivelse er tilgjengelig eller er for kompliserte til å modellere. Den DoE tilnærming oppsto i landbruksvitenskap, men har spredt seg til andre områder fordi det er overførbar til enhver situasjon der det er nyttig å redusere antall løyper som er nødvendige for å få pålitelige data og generere beskrivende modeller for kompliserte prosesser. Dette har igjen ført til inkludering av DoE i &quot;Veiledning forIndustri, Q8 (R2) Pharmaceutical Development &quot;utgitt av den internasjonale konferansen om harmonisering av tekniske krav til registrering av legemidler for mennesker (ICH) 17. DoE brukes nå mye i vitenskapelig forskning og industri 18. Imidlertid må man være forsiktig under planlegging og gjennomføring av forsøket fordi velge en utilbørlig polynom grad for den multiple-lineær-regresjonsmodell (grunnmodellen) kan innføre et behov for flere løyper å modellere alle faktoreffekter på riktig måte. Videre ødelagt eller manglende data generere feil modeller og feil spådommer, og kan også forhindre modellbygging forsøk som beskrevet i protokollen og diskusjonsdelene 18. I protokollen delen, vil vi i utgangspunktet satt ut de viktigste planleggingstrinn for en RSM-baserte eksperiment og deretter forklare design basert på DoE programvare DesignExpert v8.1. Men lignende design kan bygges med annen programvare including JMP, Modde, og STATISTICA. De eksperimentelle prosedyrer blir fulgt av instruksjoner for dataanalyse og evaluering. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51216/51216fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51216/51216fig1.jpg" /> Figur 1. Sammenligning av OFAT og DoE. A. Sekvensiell variant av én faktor om gangen (OFAT) i et eksperiment (svart, rød og blå sirkler) oppnår en lav dekning av design plass (klekket regioner). I kontrast, variasjonen av mer enn én faktor om gangen med design av eksperimenter (DoE) strategi (grønne sirkler) forbedrer dekningen og dermed presisjonen i de resulterende modeller. B. Den partisk design plass dekning betyr at OFAT eksperimenter (svarte sirkler) kan også mislykkes i å finne optimale drifts regioner (rød) og forutsi sub-optimale løsninger (stor svart sirkel), mens DoE Strategies (svarte stjerner) er mer sannsynlig å identifisere foret forhold (stor svart stjerne).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="946">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Design-Expert(R) 8</td>
			<td style="width:195px;">Stat-Ease, Inc.</td>
			<td style="width:119px;">n.a.</td>
			<td style="width:272px;">DoE software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Tryptone</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">8952.2</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Yeast extract</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">2363.2</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Sodium chloride</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">P029.2</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Ampicillin</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">K029.2</td>
			<td>Antibiotic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Agar-Agar</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">5210.2</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Escherichia coli K12 DH5a</td>
			<td style="width:195px;">Life technologies</td>
			<td style="width:119px;">18263-012</td>
			<td>Microorganism</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">pPAM</td>
			<td style="width:195px;">GenBank</td>
			<td style="width:119px;">AY027531</td>
			<td>Cloning/expression vector;&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">NucleoSpin Plasmid&#160;</td>
			<td style="width:195px;">MACHEREY-NAGEL GmbH</td>
			<td style="width:119px;">740588.250</td>
			<td>Plasmid DNA isolation kit</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">NucleoSpin Gel and PCR Clean-up</td>
			<td style="width:195px;">MACHEREY-NAGEL GmbH</td>
			<td style="width:119px;">740609.250</td>
			<td>Plasmid DNA purification kit</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">NanoDrop 2000</td>
			<td style="width:195px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:119px;">n.a.</td>
			<td>Spectrophotometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">NcoI</td>
			<td style="width:195px;">New England Biolabs Inc.</td>
			<td style="width:119px;">R3193L</td>
			<td>Restrictionendonuclease</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">EcoRI</td>
			<td style="width:195px;">New England Biolabs Inc.</td>
			<td style="width:119px;">R3101L</td>
			<td>Restrictionendonuclease</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">AscI</td>
			<td style="width:195px;">New England Biolabs Inc.</td>
			<td style="width:119px;">R0558L</td>
			<td>Restrictionendonuclease</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">NEB 4</td>
			<td style="width:195px;">New England Biolabs Inc.</td>
			<td style="width:119px;">B7004S</td>
			<td>Restrictionendonuclease buffer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">TRIS</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">4855.3</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Disodium tetraborate</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">4403.3</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">EDTA</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">8040.2</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Agarose</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">6352.4</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Bromophenol blue</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">A512.1</td>
			<td>Color indicator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Xylene cyanol</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">A513.1</td>
			<td>Color indicator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Glycerol</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">7530.2</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Mini-Sub Cell GT Cell</td>
			<td style="width:195px;">BioRad</td>
			<td style="width:119px;">170-4406</td>
			<td>Gel electrophoresis chamber</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Agrobacterium tumefaciens strain GV3101:pMP90RK</td>
			<td style="width:195px;">DSMZ</td>
			<td style="width:119px;">12365</td>
			<td>Microorganism</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Electroporator 2510</td>
			<td style="width:195px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:119px;">4307000.658</td>
			<td>Electroporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Beef extract</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">X975.2</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Peptone</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">2365.2</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Sucrose</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">4621.2</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Magnesium sulfate</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">0261.3</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Carbenicillin</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">6344.2</td>
			<td>Antibiotic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Kanamycin</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">T832.3</td>
			<td>Antibiotic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Rifampicin</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">4163.2</td>
			<td>Antibiotic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">FWD primer</td>
			<td style="width:195px;">Eurofins MWG Operon</td>
			<td style="width:119px;">n.a.</td>
			<td>CCT CAG GAA GAG CAA TAC</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">REV primer</td>
			<td style="width:195px;">Eurofins MWG Operon</td>
			<td style="width:119px;">n.a.</td>
			<td>CCA AAG CGA GTA CAC AAC</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">2720 Thermal cycler</td>
			<td style="width:195px;">Applied Biosystems</td>
			<td style="width:119px;">4359659</td>
			<td>Thermocycler</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">RNAfold webserver</td>
			<td style="width:195px;">University of Vienna</td>
			<td style="width:119px;">n.a.</td>
			<td>Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Ferty 2 Mega</td>
			<td style="width:195px;">Kammlott</td>
			<td style="width:119px;">5.220072</td>
			<td>Fertilizer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Grodan Rockwool Cubes 10x10cm</td>
			<td style="width:195px;">Grodan</td>
			<td style="width:119px;">n.a.</td>
			<td>Rockwool block</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Greenhouse</td>
			<td style="width:195px;">n.a.</td>
			<td style="width:119px;">n.a.</td>
			<td>For plant cultivation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Phytotron</td>
			<td style="width:195px;">Ilka Zell</td>
			<td style="width:119px;">n.a.</td>
			<td>For plant cultivation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Omnifix-F Solo</td>
			<td style="width:195px;">B. Braun</td>
			<td style="width:119px;">6064204</td>
			<td>Syringe</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Murashige and Skoog salts</td>
			<td style="width:195px;">Duchefa</td>
			<td style="width:119px;">M 0222.0010</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Glucose</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">6780.2</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Acetosyringone</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">D134406-5G</td>
			<td>Phytohormon analogon</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">&#160;BioPhotometer plus</td>
			<td style="width:195px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:119px;">&#160;6132 000.008</td>
			<td>Photometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Osram cool white 36 W</td>
			<td style="width:195px;">Osram</td>
			<td style="width:119px;">4930440</td>
			<td>Light source</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Disodium phosphate</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">&#160;4984.3&#160;</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Centrifuge 5415D</td>
			<td style="width:195px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:119px;">5424 000.410</td>
			<td>Centrifuge</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Forma -86C ULT freezer</td>
			<td style="width:195px;">ThermoFisher</td>
			<td style="width:119px;">88400</td>
			<td>Freezer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Synergy HT</td>
			<td style="width:195px;">BioTek</td>
			<td style="width:119px;">SIAFRT</td>
			<td>Fluorescence plate reader</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Biacore T200</td>
			<td style="width:195px;">GE Healthcare</td>
			<td style="width:119px;">n.a.</td>
			<td>SPR device</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Protein A</td>
			<td style="width:195px;">Life technologies</td>
			<td style="width:119px;">10-1006</td>
			<td>Antibody binding protein</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">HEPES</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">9105.3</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">Tween-20</td>
			<td style="width:195px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:119px;">9127.3</td>
			<td>Media component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:360px;">2G12 antibody</td>
			<td style="width:195px;">Polymun</td>
			<td style="width:119px;">AB002</td>
			<td>Reference antibody</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

characterization of complex systems using the design of experiments approach: transient protein expression in tobacco as a case study

Planter gir flere fordeler for produksjon av biofarmasøytiske inkludert lave kostnader, skalerbarhet og sikkerhet. Gående uttrykk tilbyr den ekstra fordelen av kort utvikling og produksjonstider, men uttrykk nivåer kan variere betydelig mellom partier og dermed gi opphav til regulatoriske bekymringer i sammenheng med god framstillingspraksis. Vi brukte et design av eksperimenter (DoE) tilnærming for å fastslå effekten av store faktorer som regulatoriske elementer i uttrykket konstruere, plantevekst og utvikling parametere og inkuberingsforhold under uttrykk, på den variasjonen av uttrykk mellom partiene. Vi testet planter som uttrykker en modell for anti-HIV-monoklonalt antistoff (2G12) og et fluorescerende markørprotein (DsRed). Vi diskuterer begrunnelsen for valg av visse egenskaper ved modellen og identifisere sine potensielle begrensninger. Den generelle fremgangsmåten kan lett overføres til andre problemer, fordi prinsippene for modellen enre bredt gjeldende: kunnskapsbasert parametervalg, redusere kompleksitet ved å splitte den innledende problem i mindre moduler, programvare-veiledet oppsett av optimale eksperimentkombinasjoner og trinnvis utforming styrking. Derfor er metoden som er ikke bare nyttig for å karakterisere protein ekspresjon i planter, men også for å undersøke andre komplekse systemer som mangler en mekanistisk beskrivelse. Den prediktive ligninger som beskriver sammenkopling mellom parametrene kan anvendes for å etablere mekanistiske modeller for andre komplekse systemer.

Et beskrivende modell for DsRed akkumulering under gående uttrykk ved hjelp av ulike arrangører og 5&#39;UTRs DsRed fluorescens i blad ekstrakter ble anvendt til å indikere nivået av ekspresjon av rekombinant protein og således ble brukt som respons i DoE strategi. Den minste påvisbare forskjellen vi betraktet som relevant var 20 pg / ml, og den anslåtte standardavvik i systemet var 8 mg / ml basert på innledende forsøk. Faktorer som inngår i gående uttrykk modell...

Watch this Scientific Journal Video about Characterization of Complex Systems Using the Design of Experiments Approach: Transient Protein Expression in Tobacco as a Case Study at JoVE.com

Characterization of Complex Systems Using the Design of Experiments Approach: Transient Protein Expression in Tobacco as a Case Study

Vi beskriver en utforming av eksperimenter metode som kan brukes til å bestemme og model påvirkning av transgene regulatoriske elementer, plantevekst og utvikling parametere og inkuberingsbetingelser på transient ekspresjon av monoklonale antistoffer og reporter proteiner i planter.

Karakterisering av Complex Systems Bruke Design of Experiments Approach: Forbigående Protein Expression i tobakk som et Case Study

Plants provide multiple benefits for the production of biopharmaceuticals including low costs, scalability, and safety. Transient expression offers the ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

High-throughput Protein Expression Generator Using a Microfluidic Platform

High-throughput Protein Expression Generator Ved hjelp av en Microfluidic Platform

Rapidly increasing fields, such as systems biology, require the development and implementation of new technologies, enabling high-throughput and ...

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Miljøriktig kontrollert Microtensile Testing av Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for<em&gt; Ex vivo</em&gt; Karakterisering

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

En allsidig Automated Plattform for Micro-skala Cell Stimulering Experiments

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in ...

Real Time Monitoring of Intracellular Bile Acid Dynamics Using a Genetically Encoded FRET-based Bile Acid Sensor

Sanntidsovervåking av Intracellulær gallesyre Dynamics Ved hjelp av en genetisk kodet FRET baserte gallesyre Sensor

F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET) has become a powerful tool for monitoring protein folding, interaction and localization in single cells. ...

PIP-on-a-chip: A Label-free Study of Protein-phosphoinositide Interactions

PIP-on-a-chip: En etikettfri studie av protein-fosfinositid-interaksjoner

Numerous cellular proteins interact with membrane surfaces to affect essential cellular processes. These interactions can be directed towards a specific ...

Creating a Structurally Realistic Finite Element Geometric Model of a Cardiomyocyte to Study the Role of Cellular Architecture in Cardiomyocyte Systems Biology

Å skape et strukturelt realistisk Finite Element geometriske modell av en Cardiomyocyte å studere rollen til mobilnettet arkitektur i Cardiomyocyte Systems Biology

With the advent of three-dimensional (3D) imaging technologies such as electron tomography, serial-block-face scanning electron microscopy and confocal ...

Gene Expression Analysis of Endothelial Cells Exposed to Shear Stress Using Multiple Parallel-plate Flow Chambers

Gene Expression analyse av endotelceller utsatt for skjæring Stress ved hjelp av flere parallelle-plate flyt Chambers

We describe a workflow for the analysis of gene expression from endothelial cells subject to a steady laminar flow using multiple monitored parallel-plate ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Deteksjon av Endotoxin i Nano-formuleringer bruker Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) analyser

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Transient Expression in Red Beet of a Biopharmaceutical Candidate Vaccine for Type-1 Diabetes

Forbigående uttrykk i Red bete en Biopharmaceutical kandidat vaksine for Type-1 Diabetes

Plant molecular farming is the use of plants to produce molecules of interest. In this perspective, plants may be used both as bioreactors for the ...

A Multilayer Microfluidic Platform for the Conduction of Prolonged Cell-Free Gene Expression

En flerlags Mikrovæskebasert plattform for gjennomføring av langvarig Cell-gratis Gene Expression

The limitations of cell-based synthetic biology are becoming increasingly apparent as researchers aim to develop larger and more complex synthetic genetic ...