In het kort
Shotgun metagenomics maakt het mogelijk om alle genetische informatie van een staal te bepalen. Met deze informatie kan de aanwezigheid van een groot aantal micro-organismen en hun samenstellende genen worden gedetecteerd zonder dat vooraf een hypothese over de aanwezigheid ervan hoeft te worden opgesteld. Het is ook niet nodig om het staal te isoleren en/of te kweken. Metagenomics kan de huidige praktijk in niet-diagnostische domeinen veranderen, zoals
de detectie en karakterisering van genetisch gemodificeerde micro-organismen (GGM’s) die worden gebruikt in fermentatieproducten of als biowapen
de ondersteuning van de kwaliteitscontrole van vaccins en geneesmiddelen
de karakterisering van microbiomen.
Projectbeschrijving
Open benaderingen om al het biologische materiaal in een gegeven staal te identificeren zonder vooraf te weten waarnaar te zoeken, kunnen de manier veranderen waarop specifieke belangrijke vraagstukken over volksgezondheid worden aangepakt. Metagenomics wordt gedefinieerd als de studie van al het genetisch materiaal in een gegeven staal. Shotgun metagenomics is een potentiële universele test waarmee de aanwezigheid van een brede waaier van micro-organismen en hun samenstellende genen, waaronder virussen, bacteriën, parasieten en schimmels, in een staal kan worden gedetecteerd, zonder dat vooraf een hypothese over de aanwezigheid ervan hoeft te worden geformuleerd en zonder dat er geïsoleerd en/of gekweekt moet worden. Het is gebaseerd op sequencing. Sciensano heeft enorm geïnvesteerd in de toepassing van sequencingtechnologieën van de tweede generatie, zoals die van het MiSeq-instrument (Illumina) voor routinematige surveillance en uitbraakonderzoek. Met deze technologieën kan echter niet alle mogelijke informatie uit een staal worden gehaald via shotgun metagenomics. In plaats daarvan produceren zij slechts korte reads die resulteren in een gefragmenteerde weergave van de genomische inhoud van een metagenomisch staal dat meerdere microbiële soorten bevat. Sequencingtechnologieën van de derde generatie hebben een doorbraak gekend met de lancering van het MinION-instrument (Oxford Nanopore Technologies), een disruptieve innovatie vanwege zijn productie van veel langere reads (tot verscheidene duizenden basen), draagbaarheid, realtime datageneratie en lagere kostprijs. Met deze technologie kunnen microbiële genen ondubbelzinnig worden gedetecteerd en aan hun gastheerchromosomen worden gekoppeld, zelfs voor complexe metagenomics stalen, wat taxonomische classificatie met een ongekende sensitiviteit mogelijk maakt, inclusief de identificatie van gekoppelde specifieke genen, zoals genen voor antimicrobiële resistentie.
Het is duidelijk dat de ontwikkeling en toepassing van shotgun metagenomics-benaderingen binnen Sciensano mogelijkheden biedt om specifieke vraagstukken van volksgezondheid aan te pakken, door een oplossing te bieden voor de beperkingen waarmee conventionele methoden te kampen hebben. Metagenomics wordt algemeen onderzocht door verschillende toonaangevende onderzoeksinstellingen voor de detectie en identificatie van pathogenen, als een essentieel analyse-instrument voor de toekomst. Metagenomics heeft echter ook het potentieel om de huidige praktijk in niet-pathogene domeinen te transformeren, hoewel dit nog minder onderzocht werd. Het METAMORPHOSE-project heeft 2 belangrijke doelen:
- het generiek ontwikkelen van de shotgun metagenomics-benadering, zowel op het niveau van wet lab als dry lab
- het leveren van een proof-of-concept van het potentieel van de benadering om vraagstukken van volksgezondheid op te lossen aan de hand van drie casestudies:
- Metagenomics voor de detectie en karakterisering van genetische gemodificeerde micro-organismen (GMM) die worden gebruikt in fermentatieproducten of als biowapen
- Metagenomics ter ondersteuning van de kwaliteitscontrole van vaccins en geneesmiddelen
- Metagenomics voor de karakterisering van microbiomen.
METAMORPHOSE wil shotgun metagenomics-benaderingen ontwikkelen en een proof-of-concept leveren aan de hand van zorgvuldig geselecteerde casestudies, die elk een unieke niche voor Sciensano kunnen creëren. Het is duidelijk dat alle drie de casestudies capaciteitsopbouw mogelijk maken voor nieuwe onderzoeksprojecten, nieuwe of verbeterde expertise en nieuwe routineanalyses die in de toekomst binnen Sciensano zullen worden uitgevoerd.
