CRISPR/Cas and nanopore sequencing for OMICS
Microbiologische monitoring en beheersing zijn essentieel in voedselproductie, drinkwaterbehandeling, gezondheidszorg en milieu om veiligheid en kwaliteit te waarborgen. Geavanceerde technologieën zoals metagenomics, (meta)transcriptomics en CRISPR/Cas kunnen hierbij helpen.
Dit kan concreet door micro-organismen te identificeren, inzicht te bieden in complexe systemen en microbiële interventies mogelijk te maken. Ze vereisen echter meer onderzoek om praktische implementatie te bereiken.
Zo is in West-Vlaanderen, waar voedselproductie belangrijk is, het waarborgen van voedselveiligheid cruciaal voor de lokale economie en volksgezondheid. De implementatie van deze geavanceerde technologieën kan een cruciale rol spelen bij het verbeteren van microbiologische monitoring en beheersing, waardoor de veiligheid en kwaliteit van voedselproducten beter kan worden gegarandeerd.
Dit kan concreet door micro-organismen te identificeren, inzicht te bieden in complexe systemen en microbiële interventies mogelijk te maken. Ze vereisen echter meer onderzoek om praktische implementatie te bereiken.
Zo is in West-Vlaanderen, waar voedselproductie belangrijk is, het waarborgen van voedselveiligheid cruciaal voor de lokale economie en volksgezondheid. De implementatie van deze geavanceerde technologieën kan een cruciale rol spelen bij het verbeteren van microbiologische monitoring en beheersing, waardoor de veiligheid en kwaliteit van voedselproducten beter kan worden gegarandeerd.
Resultaten
Product
Dit project zal leiden tot de ontwikkeling van verschillende workflows voor de volgende disciplines: Voor praktische toepassingen in metagenomics met een focus op het verhogen van de sensitiviteit, inclusief adaptive nanopore sequencing en de verrijking van stalen. Voor praktische toepassingen in (meta)transcriptomics via nanopore sequencing, waaronder RNA-extractie, het maken van libraries en data-analyse. Door het toepassen van de uitgewerkte workflows kunnen nieuwe vragen van verschillende werkveldpartners worden beantwoord. Daarnaast zullen deze workflows ook ingezet worden voor het uitvoeren van labowerk met studenten tijdens practica en projectwerk.
De introductie van een OT-2 pipetteerrobot zal toelaten om een groter aantal stalen geautomatiseerd te verwerken en kan gebruikt worden door studenten, onderzoekers en werkveldpartners. Deze robot werd reeds operationeel gemaakt tijdens het vorige PWO-project (MetaTec), maar nieuwe workflows zullen hierop ingezet kunnen worden (onder andere de library voorbereiding voor (meta)transcriptomics stalen).
Tijdens het vorige MetaTec-project werd er reeds ingezet op een webapplicatie voor de vereenvoudigde data-analyse van DNA-sequencing (MetaTec Tool). Tijdens dit project zal er hierop verder ingezet worden om ook RNA-analyse mogelijk te maken met uitbreiding van de nodige tools die hiervoor vereist zijn. Deze tool wordt via onze server aangereikt aan werkveldpartners/andere onderzoekers om zelf aan de slag te gaan met hun data-analyse.
Proces
Dit project zal leiden tot het genereren van nieuwe inzichten met betrekking tot de ontwikkeling van verschillende workflows voor toepassingen in metagenomics (met een focus op het verhogen van de sensitiviteit, inclusief adaptive sequencing) en (meta)transcriptomics. De verschillende stappen zullen worden geoptimaliseerd per vraag of type toepassing van een werkveldpartner en zullen resulteren in een complete workflow die kan worden geïmplementeerd. Stappen waarop zal worden ingezet tijdens dit project omvatten: RNA-extractie uit een bepaald type monster; Staalvoorbereiding (aanrijkingsstappen, omzetting van mRNA naar cDNA, koppeling met automatisering); Het maken van een library voor (meta)transcriptomics toepassingen; Nanopore sequencing voor DNA-sequencing met adaptive sequencing en RNA-sequencing; Specifieke data-analyse afhankelijk van de toepassing.
Dit project zal leiden tot het genereren van inzichten betreffende de ontwikkeling van de verschillende workflows voor toepassingen in CRISPR/Cas. Belangrijke stappen omvatten: Ontwerp van guide-RNA (sgRNA): Identificatie van doelwit-DNA sequentie (target DNA) die je wenst te wijzigen, ontwerpen van sgRNA die complementair is aan het target DNA; sgRNA-Cas construct ontwerpen in een plasmide; Het inzetten van OMICS- en CRISPR/Cas-gebaseerde technologieën zal een aanzienlijke meerwaarde bieden binnen ons kenniscentrum, met name door het mogelijk maken van een end-to-end benadering door middel van de uitgebreide wetlab- en drylab-expertise.
Dienst
Via de expertise die in dit PWO-project gegenereerd wordt, wensen we Howest verder op de kaart te zetten, met in het bijzonder een verdere uitgebreide knowhow omtrent ONT sequencing voor het toepassen van metagenomics (focus sensitieve detectie en adaptive sequencing) en (meta)transcriptomics. Via de nieuwe kennis rond CRISPR/Cas zal er kunnen ingezet worden op nieuwe onderzoeksvragen. Dankzij dit nieuwe PWO-project kunnen we naast onze expertise en dienstverlening van eenvoudige stalen (één organisme, PWO NanoDeTech), “complexere” metagenomics stalen (meerdere organismen, PWO MetaTec), nu ook expertise aanbieden voor metagenomics stalen met laag abundante species en (meta)transcriptomics via nanopore sequencing.
We wensen ook de workshops (aangeboden tijdens het MetaTec-project) rond nanopore sequencing verder uit te breiden naar meer complexere vraagstukken zoals (meta)transcriptomics. Tijdens deze betalende workshop kan men, al dan niet met een eigen staal, onder begeleiding het ganse proces van staalvoorbereiding, nanopore sequencing tot data-analyse meevolgen. Er zal ook gekeken worden naar opportuniteiten met onze werkveldpartners (e.g. Avans Hogeschool) voor het opzetten van gedeelde workshops, aangereikt door de verschillende instellingen in functie van nanopore sequencing en CRISPR/Cas (waarvan onze partner expert is). Dit zorgt voor uitgebreide disseminatie van ons Life Sciences Research Center (Biosciences Research Lab – BsRL - en Bioinformatics Knowledge Center – BiKC) naar de buitenwereld toe, en zorgt ervoor dat de opleidingen BLT/BIT en de Howest in het algemeen in de kijker worden gezet.
Tenslotte kan de webapplicatie als dienst beschikbaar gesteld worden aan het werkveld/onderzoeksveld in samenwerkingsverband of via betaling.
Korte termijneffecten
Antwoorden bieden op specifieke onderzoeksvragen: Aangezien er gewerkt zal worden op cases vanuit het werkveld, zullen hiervoor resultaten gegenereerd worden die direct inzetbaar zijn voor het bedrijf/kennispartner. Cases die reeds vastgelegd zijn, omvatten: Ferment cases (VDA Ooigem) Voedingstalen voor detectie van laag abundantie pathogenen Salmonella en Listeria sp. (ILVO) Transcriptomics van bepaalde Streptomyces species voor onderzoek naar interessante microbiële producten (FWO project Iminogene, in samenwerking met InBio en Howest) Voor het Interreg-project (zie 8. Externe onderzoeksfinanciering) is er interesse om ongewenste genen (e.g. antibioticumresistentiegenen) in reinigingswater op te sporen. Daarnaast is er interesse om de microbiële activiteit in biofilms te monitoren.
Verbeterde capaciteiten en snellere projectuitvoering: De werkveldpartners zullen profiteren van de nieuwe workflows en technieken, waardoor ze hun capaciteiten kunnen verbeteren in metagenomics en (meta)transcriptomics. Door de gestroomlijnde workflows kunnen projecten efficiënter worden uitgevoerd, waardoor tijd en middelen worden bespaard.
Betere datakwaliteit: De geoptimaliseerde workflows kunnen leiden tot verbeteringen in de kwaliteit en betrouwbaarheid van de verkregen data, wat resulteert in nauwkeurigere analyses en interpretaties.
Toegankelijkheid van data-analyse: De webapplicatie kan directe toegang bieden tot geavanceerde data-analysetools voor nanopore sequencing, waardoor onderzoekers snel en gemakkelijk hun sequentiedata kunnen analyseren zonder uitgebreide technische expertise.
Overdracht van kennis via workshops: De workshops over nanopore sequencing en CRISPR/Cas zijn gericht op het overdragen van kennis en praktische vaardigheden. Dit leidt tot professionalisering van alumni en werkveld. Workshops kunnen deelnemers voorzien van diepgaande kennis over de principes en toepassingen van nanopore sequencing en CRISPR/Cas, waardoor ze hun expertise op deze gebieden kunnen uitbreiden. Door hands-on sessies tijdens de workshops kunnen deelnemers vertrouwd raken met de operationele aspecten van de technologieën.
Netwerking: Workshops en georganiseerde netwerkevents met het werkveld (e.g. via stuurgroep meetings, postersessies, etc.) bieden de gelegenheid voor deelnemers uit verschillende achtergronden om elkaar te ontmoeten, ideeën uit te wisselen en potentiële samenwerkingsverbanden te verkennen, wat kan leiden tot bredere samenwerking en kennisuitwisseling.
Dit project zal leiden tot de ontwikkeling van verschillende workflows voor de volgende disciplines: Voor praktische toepassingen in metagenomics met een focus op het verhogen van de sensitiviteit, inclusief adaptive nanopore sequencing en de verrijking van stalen. Voor praktische toepassingen in (meta)transcriptomics via nanopore sequencing, waaronder RNA-extractie, het maken van libraries en data-analyse. Door het toepassen van de uitgewerkte workflows kunnen nieuwe vragen van verschillende werkveldpartners worden beantwoord. Daarnaast zullen deze workflows ook ingezet worden voor het uitvoeren van labowerk met studenten tijdens practica en projectwerk.
De introductie van een OT-2 pipetteerrobot zal toelaten om een groter aantal stalen geautomatiseerd te verwerken en kan gebruikt worden door studenten, onderzoekers en werkveldpartners. Deze robot werd reeds operationeel gemaakt tijdens het vorige PWO-project (MetaTec), maar nieuwe workflows zullen hierop ingezet kunnen worden (onder andere de library voorbereiding voor (meta)transcriptomics stalen).
Tijdens het vorige MetaTec-project werd er reeds ingezet op een webapplicatie voor de vereenvoudigde data-analyse van DNA-sequencing (MetaTec Tool). Tijdens dit project zal er hierop verder ingezet worden om ook RNA-analyse mogelijk te maken met uitbreiding van de nodige tools die hiervoor vereist zijn. Deze tool wordt via onze server aangereikt aan werkveldpartners/andere onderzoekers om zelf aan de slag te gaan met hun data-analyse.
Proces
Dit project zal leiden tot het genereren van nieuwe inzichten met betrekking tot de ontwikkeling van verschillende workflows voor toepassingen in metagenomics (met een focus op het verhogen van de sensitiviteit, inclusief adaptive sequencing) en (meta)transcriptomics. De verschillende stappen zullen worden geoptimaliseerd per vraag of type toepassing van een werkveldpartner en zullen resulteren in een complete workflow die kan worden geïmplementeerd. Stappen waarop zal worden ingezet tijdens dit project omvatten: RNA-extractie uit een bepaald type monster; Staalvoorbereiding (aanrijkingsstappen, omzetting van mRNA naar cDNA, koppeling met automatisering); Het maken van een library voor (meta)transcriptomics toepassingen; Nanopore sequencing voor DNA-sequencing met adaptive sequencing en RNA-sequencing; Specifieke data-analyse afhankelijk van de toepassing.
Dit project zal leiden tot het genereren van inzichten betreffende de ontwikkeling van de verschillende workflows voor toepassingen in CRISPR/Cas. Belangrijke stappen omvatten: Ontwerp van guide-RNA (sgRNA): Identificatie van doelwit-DNA sequentie (target DNA) die je wenst te wijzigen, ontwerpen van sgRNA die complementair is aan het target DNA; sgRNA-Cas construct ontwerpen in een plasmide; Het inzetten van OMICS- en CRISPR/Cas-gebaseerde technologieën zal een aanzienlijke meerwaarde bieden binnen ons kenniscentrum, met name door het mogelijk maken van een end-to-end benadering door middel van de uitgebreide wetlab- en drylab-expertise.
Dienst
Via de expertise die in dit PWO-project gegenereerd wordt, wensen we Howest verder op de kaart te zetten, met in het bijzonder een verdere uitgebreide knowhow omtrent ONT sequencing voor het toepassen van metagenomics (focus sensitieve detectie en adaptive sequencing) en (meta)transcriptomics. Via de nieuwe kennis rond CRISPR/Cas zal er kunnen ingezet worden op nieuwe onderzoeksvragen. Dankzij dit nieuwe PWO-project kunnen we naast onze expertise en dienstverlening van eenvoudige stalen (één organisme, PWO NanoDeTech), “complexere” metagenomics stalen (meerdere organismen, PWO MetaTec), nu ook expertise aanbieden voor metagenomics stalen met laag abundante species en (meta)transcriptomics via nanopore sequencing.
We wensen ook de workshops (aangeboden tijdens het MetaTec-project) rond nanopore sequencing verder uit te breiden naar meer complexere vraagstukken zoals (meta)transcriptomics. Tijdens deze betalende workshop kan men, al dan niet met een eigen staal, onder begeleiding het ganse proces van staalvoorbereiding, nanopore sequencing tot data-analyse meevolgen. Er zal ook gekeken worden naar opportuniteiten met onze werkveldpartners (e.g. Avans Hogeschool) voor het opzetten van gedeelde workshops, aangereikt door de verschillende instellingen in functie van nanopore sequencing en CRISPR/Cas (waarvan onze partner expert is). Dit zorgt voor uitgebreide disseminatie van ons Life Sciences Research Center (Biosciences Research Lab – BsRL - en Bioinformatics Knowledge Center – BiKC) naar de buitenwereld toe, en zorgt ervoor dat de opleidingen BLT/BIT en de Howest in het algemeen in de kijker worden gezet.
Tenslotte kan de webapplicatie als dienst beschikbaar gesteld worden aan het werkveld/onderzoeksveld in samenwerkingsverband of via betaling.
Korte termijneffecten
Antwoorden bieden op specifieke onderzoeksvragen: Aangezien er gewerkt zal worden op cases vanuit het werkveld, zullen hiervoor resultaten gegenereerd worden die direct inzetbaar zijn voor het bedrijf/kennispartner. Cases die reeds vastgelegd zijn, omvatten: Ferment cases (VDA Ooigem) Voedingstalen voor detectie van laag abundantie pathogenen Salmonella en Listeria sp. (ILVO) Transcriptomics van bepaalde Streptomyces species voor onderzoek naar interessante microbiële producten (FWO project Iminogene, in samenwerking met InBio en Howest) Voor het Interreg-project (zie 8. Externe onderzoeksfinanciering) is er interesse om ongewenste genen (e.g. antibioticumresistentiegenen) in reinigingswater op te sporen. Daarnaast is er interesse om de microbiële activiteit in biofilms te monitoren.
Verbeterde capaciteiten en snellere projectuitvoering: De werkveldpartners zullen profiteren van de nieuwe workflows en technieken, waardoor ze hun capaciteiten kunnen verbeteren in metagenomics en (meta)transcriptomics. Door de gestroomlijnde workflows kunnen projecten efficiënter worden uitgevoerd, waardoor tijd en middelen worden bespaard.
Betere datakwaliteit: De geoptimaliseerde workflows kunnen leiden tot verbeteringen in de kwaliteit en betrouwbaarheid van de verkregen data, wat resulteert in nauwkeurigere analyses en interpretaties.
Toegankelijkheid van data-analyse: De webapplicatie kan directe toegang bieden tot geavanceerde data-analysetools voor nanopore sequencing, waardoor onderzoekers snel en gemakkelijk hun sequentiedata kunnen analyseren zonder uitgebreide technische expertise.
Overdracht van kennis via workshops: De workshops over nanopore sequencing en CRISPR/Cas zijn gericht op het overdragen van kennis en praktische vaardigheden. Dit leidt tot professionalisering van alumni en werkveld. Workshops kunnen deelnemers voorzien van diepgaande kennis over de principes en toepassingen van nanopore sequencing en CRISPR/Cas, waardoor ze hun expertise op deze gebieden kunnen uitbreiden. Door hands-on sessies tijdens de workshops kunnen deelnemers vertrouwd raken met de operationele aspecten van de technologieën.
Netwerking: Workshops en georganiseerde netwerkevents met het werkveld (e.g. via stuurgroep meetings, postersessies, etc.) bieden de gelegenheid voor deelnemers uit verschillende achtergronden om elkaar te ontmoeten, ideeën uit te wisselen en potentiële samenwerkingsverbanden te verkennen, wat kan leiden tot bredere samenwerking en kennisuitwisseling.
Promotor
Noortje Samyn
Howest
01/09/2025 - 31/08/2026
Centrale contactpersoon
