PoreLab: DNA-analyse met de MinION in de praktijk.

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.
Dit gaat veranderen: de MinION van Oxford Nanopore is de eerste vertegenwoordiger van een nieuwe, disruptieve sequencing-technologie. In tegenstelling tot alle concurrenten verbruikt deze methode 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 naar hoogwaardige service en analyse.
In het PoreLab gaan onderzoekers, studenten en mkb samen de mogelijkheden van de MinION onderzoeken. Hierdoor kunnen zij vooroplopen bij deze revolutie, en innovatieve toepassingen mogelijk maken.

Eindrapportage

Het PoreLab is een initiatief van Hogeschool Leiden om samen met het MKB sequencing applicaties te ontwikkelen op basis van de Nanopore technologie (MinION sequencing). Hierbij is onderscheid gemaakt in applicaties :
• Voor het samenstellen 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 de expressie in gewassen voor het vinden van makers 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.

Een veel voorkomende vraag is welke bacteriën waar zitten, zowel in de medische microbiologie als in de milieubiologie. Klassiek wordt deze vraag beantwoord door de bacteriën rein te kweken en op basis van uiterlijke kenmerken in te delen in verschillende types. Helaas zijn de meeste bacteriesoorten niet te kweken. Bacteriën en andere micro-organismen, zijn echter ook op basis van verschillen in DNA te identificeren, ook als ze als een groep nauw verwant aan elkaar zijn. Dit is succesvol uitgeprobeerd op materiaal dat uit compost, aarde en water geïsoleerd is maar ook op bijvoorbeeld de samenstelling van probiotica. De methode geeft aan welke bacterie- en schimmelsoorten er aanwezig zijn en geeft een schatting van hun onderlinge verhouding. De methode kan worden gebruikt om de biodiversiteit in omgevingsmonsters te bepalen, vast te stellen welke micro-organismen een invloed hebben op de omgeving en of een productieproces op de juiste manier verloopt.

De expressie van erfelijke informatie is een afspiegeling van de invloed van de omgeving op het micro-organisme. Expressie analyse kan dan ook worden gebruikt om vast te stellen welke genen na een bepaalde stimulans actief worden. De relatie tussen omgeving en gen kan worden gebruikt in de diagnostiek als er een sterke relatie is tussen de aan- of afwezigheid van gen activiteit en de omgeving. MinION sequencing is goed te gebruiken om deze gen activiteit in kaart te brengen in relatie met omgevingsfactoren. In de nabije toekomst kan deze methode waarschijnlijk ook gebruikt worden om de diagnostiek in het veld uit te voeren.