Onderzoek naar snelle metagenoom analyse via nanopore sequencing

Metagenomics of metagenoom analyse is de studie van al het aanwezige DNA afkomstig uit een geïsoleerd staal. Het omvat het gelijktijdig identificeren van meerdere (micro-)organismen voor tal van toepassingen, zoals de detectie van pathogenen of resistentie.

DNA-sequeneringstechnologieën hebben het mogelijk gemaakt om het volledige DNA te verkrijgen van niet-gecultiveerde micro-organismen (mo’s). Echter blijft de identificatie van organismen uit gemengde populaties door middel van traditionele short-read sequencing technologieën een uitdaging.

De recentste nanopore sequencing technologie bestaat uit realtime, long read sequencing die beperkingen van deze methodes kan overkomen. In dit project zullen we met verschillende werkveldpartners nieuwe metagenomics toepassingen door middel van nanopore sequencing uitwerken.

Verder zal ook automatisatie van staalvoorbereiding en artificiële intelligentie (AI) voor data-analyse onderzocht worden.

Product

Dit project zal leiden tot de ontwikkeling van verschillende workflows voor praktische toepassingen in metagenomics. Hierdoor zullen vragen van verschillende werkveldpartners beantwoord worden. Verder zullen er verschillende databanken ontwikkeld worden die online beschikbaar gesteld zullen worden voor werkveldpartners. Ook zal er gefocust worden op de ontwikkeling van een webapplicatie voor automatisering van de dataverwerking (zoals bijvoorbeeld de MARTI tool, https://marti.readthedocs.io/en/latest/). De introductie van een OT-2 pipetteer robot zal toelaten om een groter aantal stalen geautomatiseerd te verwerken en kan gebruikt worden door studenten, onderzoekers en werkveldpartners van het nanopore lab.

Proces

Dit project zal leiden tot het genereren van inzichten betreffende de ontwikkeling van de verschillende workflows voor toepassingen in metagenomics. De verschillende stappen die geoptimaliseerd zullen worden per vraag of toepassing van een werkveldpartner en zullen leiden tot een complete workflow om te implementeren, omvatten: DNA extractie uit een bepaald type staal, staalvoorbereiding (gekoppeld aan automatisering), nanopore sequencing en specifieke data-analyse afhankelijk van de toepassing (eventueel gekoppeld aan AI).

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 gekoppeld aan de automatisering van de staalvoorbehandeling. Dankzij dit nieuwe PWO project kunnen we naast onze expertise en dienstverlening van eenvoudige stalen (één organisme, PWO NanoDeTech) ook expertise en dienstverlening aanbieden omtrent “complexere” metagenomics stalen (meerdere organismen).

In het 2de jaar van dit PWO project wensen we een workshop aan te bieden voor het werkveld en andere onderzoeksinstellingen. 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. Het uiteindelijke doel is om dit verder uit te breiden naar het breder publiek, waarbij mensen hun eigen stalen kunnen meebrengen ter analyse (e.g. waterput of aquarium stalen). Dit zorgt voor uitgebreide disseminatie van het nanopore lab 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. Tijdens dit project zullen nieuwe technologieën ingezet worden voor het uitvoeren van whole genome metagenomics om zo specifieke vragen vanuit het werkveld te beantwoorden, namelijk Oxford Nanopore Technologies (ONT, derde generatie DNA technologie), automatisatie van de staalvoorbereiding door middel van een pipetteerrobot en implementatie van AI voor de analyse van de complexe data.