CRISPR.BOT：革命性自主基因工程平台在分子生物学应用中的突破性进展

本研究针对传统基因工程实验流程繁琐、成本高昂的痛点，开发了基于LEGO Mindstorms的CRISPR.BOT自主操作平台。研究人员通过构建可编程液体处理系统，成功实现了细菌质粒转化、慢病毒转导和CRISPR-Cas9基因编辑等关键实验的自动化操作，在人类细胞中获得了纯度高达90-100%的GFP+CRISPR-gRNA+单细胞亚克隆。该成果以十分之一的成本实现商业系统的实验精度，为病原微生物研究提供了无接触操作方案，标志着合成生物学向智能化实验范式的重要转变。

　　

在合成生物学领域，传统实验流程正面临严峻挑战。手工操作不仅耗时费力，还容易引入人为误差；而商业自动化系统虽然精度高，但动辄数万美元的价格和维护成本让大多数实验室望而却步。更棘手的是，在涉及SARS-CoV-2等高致病性病原体的研究中，实验人员的安全风险与样本污染问题始终如影随形。这些现实困境呼唤着一种兼具高精度、低成本和安全性的革命性解决方案。

üsküdar大学（土耳其）转基因细胞技术与表观遗传应用研究中心（TRGENMER）的研究团队另辟蹊径，将目光投向了意想不到的工具——乐高积木。他们开发的CRISPR.BOT系统，通过巧妙改造LEGO Mindstorms机器人组件，构建出能自主完成复杂分子生物学实验的智能平台。这项发表在《Scientific Reports》的研究证明，这种看似玩具的装置竟能实现商业系统90%以上的功能，而成本仅需千美元量级。

研究团队主要运用了三大关键技术：首先是基于LEGO Digital Designer的机械结构设计，通过模块化组装实现液体处理系统的精准定位；其次是利用EV3编程系统开发针对6孔板、12孔板和96孔板的专用控制算法；最后是整合光学传感器与伺服电机，实现5-200μl范围的微量液体精确操控。所有实验均采用标准细胞系（Jurkat Clone E6-1, TIB-152, ATCC）和商业化试剂盒完成质粒提取、慢病毒包装等基础操作。

【Development of CRISPR.BOT liquid handling system】

研究团队首先构建了两个版本的机器人系统。V1版本通过轨道系统实现单轴移动，能完成40μl精度的液体转移；升级的V2版本则采用三轨道设计，增加x-y轴双向移动能力，并集成三个伺服电机分别控制移液、定位和升降功能。优化测试表明，伺服电机在1-10°旋转角度下能稳定控制液体吸取量，5°转角对应20μl体积，误差率低于5%。

【Molecular biology applications using the CRISPR.BOT system】

在细菌转化实验中，系统自动完成质粒DNA（含GFP和氨苄青霉素抗性基因）的热激转化操作，成功获得表达荧光蛋白的白色菌落。人类细胞基因转移实验显示，系统能以70°、100°和150°不同角度精确递送GFP慢病毒，Jurkat细胞转导效率随病毒量增加而梯度升高（35-40%）。CRISPR基因编辑实验则证明，机器人可准确分配三种不同的gRNA慢病毒，获得稳定表达CRISPR系统的工程化细胞系。

【Single-cell sub-cloning procedures of genetically modified cells】

最令人瞩目的成就是单细胞亚克隆。系统将CRISPR-gRNA⁺ Jurkat细胞分配至96孔板，培养7天后获得GFP表达纯度90-100%的单克隆群体，且细胞活性保持良好（p<0.05）。这种无需流式分选仪（FACS）的高纯度克隆策略，为基因编辑研究提供了前所未有的便利。

这项研究的意义远超出技术本身。CRISPR.BOT不仅将自动化实验的门槛降低了一个数量级，其模块化设计更允许研究人员根据需求自由定制实验流程。在疫情防控方面，该系统为高风险病原体研究提供了"零接触"解决方案；在基础研究领域，则开创了人工智能与分子生物学交叉融合的新范式。正如作者展望的，这种开放平台未来可整合ELISA读数、PCR准备等功能，最终形成完整的"智能实验室"生态系统。当合成生物学遇上创意工程，CRISPR.BOT正在重新定义基因操作的未来图景。