DNA

PoreLab: DNA-analyse met de MINION in de praktijk

In dit project is onderzocht wat de mogelijkheden van MinION sequencing voor het MKB zijn. De MinION van Oxford Nanopore is de eerste vertegenwoordiger van een nieuwe, disruptieve sequencing-technologie.

Dit sequencen gebeurt door het DNA-molecuul door een kleine porie te ritsen en de volgorde te bepalen op basis van de elektrische weestand in de porie. Hierbij is onderscheid gemaakt in genoomanalyse, metagenome analyse en expressie analyses.

Belang onderzoek

Het aflezen van DNA is de afgelopen jaren zeer veel sneller en goedkoper geworden. Next-generation sequencing-apparatuur analyseert biljoenen nucleotiden (tientallen menselijke genoomsequenties) per week.

De machines zijn echter nog steeds groot en duur, en daarom alleen beschikbaar in gespecialiseerde laboratoria, met getrainde analisten. In tegenstelling tot alle concurrenten verbruikt de MINion geen grote hoeveelheden dure chemicaliën, en leest zij het DNA direct af. Daardoor kan de MinION piepklein en spotgoedkoop zijn. 

De draagbare en toegankelijke nanopore-technologie staat nog in de kinderschoenen, maar belooft binnen enkele jaren het landschap van de genomics radicaal te veranderen. Binnenkort kan iedereen DNA analyseren, en overal.

Dat betekent een grote kans voor veel bedrijven in de life sciences, die dan snelle en geavanceerde analyses in huis (of aan de waterkant, of op de boerderij) kunnen uitvoeren. Maar voor veel van de huidige genomics-bedrijven betekent het juist dat zij zullen moeten omschakelen van het leveren van data met hoogwaardige service en analyse. 

Doelstelling

Het PoreLab is een initiatief van Hogeschool Leiden om samen met het MKB sequencing applicaties te ontwikkelen op basis van de nanoporetechnologie (MinION sequencing). Hierbij is onderscheid gemaakt in applicaties :

  • Analyse van de samenstelling van het genoom van micro-organismen.
  • Het identificeren van het soort bacterie in een complexe populatie in de grond, het water of probiotica.
  • Het bepalen van genexpressie in gewassen voor het vinden van markers m.b.t. moleculaire diagnostiek.
  • Het bouwen van een analyse pipeline voor CRISPR-Cas studies.

Het samenstellen van een genoom wordt, net als een puzzel met weinig stukjes, eenvoudiger indien de fragmenten van het genoom dat gesequenced wordt lang zijn. Dit is precies waar Nanopore sequencen goed in is.

De lange sequenties van het genoom maken dat een genoom makkelijk wordt samengesteld en met minder gaten dan voorheen. Het combineren van Illumina sequenties met Nanopore data geeft zelfs betere resultaten: de zeer hoge kwaliteit van de Illumina sequenties en de nauwkeurige positionele informatie die de Nanopore sequenties bezitten versterken elkaars sterke punten.

Onderzoeksopzet

Een tiental bedrijven leverden materiaal (b.v.plant, schimmels, water) aan waarvan het DNA of RNA werd geïsoleerd en geanalyseerd met behulp van de MinION. 

Resultaten

In dit project is onderzocht wat de mogelijkheden van MinION sequencing voor het MKB zijn. De toepassingen die zijn onderzocht zijn grofweg in te delen in vier categorieën:

  1. Het vastleggen van een genoom sequentie voor micro-organismen (genomics).
  2. Het bepalen van de identiteit van micro-organismen binnen een complex monster (metagenomics).
  3. Het bepalen van genexpressie (transcriptomics)
  4. Kwaliteitscontrole bij gene-editing met behulp van CRISPR-CAS.

Op dit moment is MinION sequencing uitstekend geschikt voor de eerste twee type toepassingen, namelijk genomics en metagenomics.

Transcriptomics behoort op termijn zeker tot de mogelijkheden maar er zijn nog wel optimalisatie stappen nodig. Het bepalen van de efficiëntie van gen editing is uitvoerbaar maar nog niet robuust genoeg.

Samenwerking

Onderzoekers, studenten en het MKB werken samen aan het onderzoeken van de toepassingsmogelijkheden van de MinION. Bio-informatica software applicaties werden door Hogeschool Leiden ontwikkelt en het aanleveren van samples in de vorm van DNA en RNA gebeurde door het MKB. 

Type project

Dit project wordt gefinancierd met een RAAK-mkb subsidie van Nationaal regieorgaan praktijkgericht onderzoek SIA. Status: juli 2019 afgerond.

PoreAcademy

Met PoreAcademy streeft het LCAB ernaar dat kennis en innovatie op het gebied van nanopore sequencing toegankelijk en beschikbaar komt voor iedereen die daar interesse voor heeft. 

Lees meer over PoreAcademy

Meer weten?

Voor meer informatie over dit onderzoeksproject, neem contact op met Floyd Wittink van het lectoraat Innovatieve Moleculaire Diagnostiek: wittink.f@hsleiden.nl