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. 

Product
1) 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 sequenering 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.
2) 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 vorig PWO project (MetaTec), maar nieuwe workflows zullen hierop ingezet kunnen worden (onder andere de library voorbereiding voor (meta)transcriptomics stalen).
3) Tijdens het vorig MetaTec project, werd er reeds ingezet op een webapplicatie voor de vereenvoudigde data-analyse van DNA- sequenering (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
1) 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 sequenering) 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 sequenering voor DNA-sequenering met adaptive sequenering en RNA-sequenering;
Specifieke data-analyse afhankelijk van de toepassing.
2) 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
1) 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 sequenering voor het toepassen van metagenomics (focus sensitieve detectie en adaptive sequenering) 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.
2) We wensen ook de workshops (aangeboden tijdens het MetaTec project) rond nanopore sequenering 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 sequenering 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 sequenering 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.
3) Tenslotte kan de webapplicatie als dienst beschikbaar gesteld worden aan het werkveld/onderzoeksveld in samenwerkingsverband of via betaling