Реактивы и оборудование
для лабораторий

# 43 Области применения нанопорового секвенатора MinION

Технология секвенирования Oxford Nanopore обладает преимуществами во всех областях исследований.

Сейчас мы рассмотрим с вами основные сферы применения секвенатора MinION, для которых уже были получены успешные результаты по всему миру.




 

pathogens.png 
Анализ патогенов & Эпидемиологический надзор
с MinION

Нанопоровое секвенирование c MinION теперь стало мощным инструментом анализа патогенов.

Каким образом используется MinION при анализе патогенов? 
 
  • Эпидемиологические исследования в полевых условиях, например, вирусы Зика и Эбола.
  • Идентификация и анализ болезнетворных патогенов и их антимикробных свойств, в т.ч. туберкулез, грипп, E. coli, ЗППП.
  • Метагеномный анализ сложных образцов, которые могут содержать патогены.
  • Идентификация видов, присутствующих в смеси, в т.ч. по 16S рРНК.
  • Сборка новых геномов de novo.

При анализе патогенных микроорганизмов часто требуется быстрое получение ответа, простой рабочий процесс и удобная система анализа, которые могут использоваться за пределами традиционной лаборатории.


Нанопоровое секвенирование с MinION обеспечит:

benefit2.png Данные в реальном времени, быстрые результаты
Данные нанопорового секвенирования поступают сразу после запуска MinION, а не предоставляются массово в конце запуска. Поток данных в реальном времени позволяет немедленно анализировать последовательности, позволяя исследователям быстро выполнять сборку, картирование и выравнивание даже во время эксперимента. Также возможна быстрая идентификация организмов в образце – пользователи новой технологии недавно сообщили об идентификации бактерий и маркерах устойчивости к препаратам в течение 5-10 минут. Специально разработанный протокол «WIMP Bacteria, Virus and Fungi» позволяет осуществлять идентификацию и характеристику штаммов в реальном времени.

benefit3.pngПростой рабочий процесс
Протокол подготовки библиотек из геномной ДНК является простым и занимает около 10 минут с использованием наборов реагентов Oxford Nanopore. Анализ данных в режиме реального времени означает, что вы сможете сделать свой рабочий процесс более эффективным. Вы можете остановить процесс секвенирования в любой момент при получении достаточного количества данных и перейти к следующему эксперименту.

benefit4.pngПортативность
Секвенатор MinION весит менее 100 грамм и может поместиться в кармане. Прибор питается от USB-подключения с ноутбуком или ПК и может работать в полевых условиях. MinION уже был использован при полевой работе, в том числе для секвенирования геномов растений в Национальном парке, анализа вируса Зика в мобильной лаборатории - автобусе и даже идентификации видов в джунглях Танзании. Новая упрощенная подготовка библиотек требует только стандартные лабораторные материалы. Компания Oxford Nanopore также готовит к выпуску автоматизированные устройства для подготовки образцов и библиотек для упрощения рабочего процесса.

benefit1.pngЭффективная сборка геномов с длинными ридами
Секвенаторы Oxford Nanopore читают предварительно подготовленные молекулы ДНК независимо от их длины. Вы можете выбирать длину чтения от килобазы до сверхдлинных чтений в сотни килобаз, оптимизируя рабочий процесс анализа данных.

environmental.png
Экологические исследования
с MinION

Портативный MinION позволяет секвенировать длинные последовательности ДНК или РНК в реальном времени при исследованиях окружающей среды, будь то полевые работы или лабораторные условия.

Как используется MinION в экологических исследованиях?

  • Метагеномный анализ сложных образцов окружающей среды. Например, анализ образцов, собранных из почвы и воды из регионов, представляющих особый интерес, таких как Арктика или Антарктика, пометы животных и растения.
  • Идентификация видов и молекулярная эволюция. Например, обнаружение и идентификация новых азотфиксирующих бактерий.
  • Таксономия видов и изучение относительного распространения видов, включая WIMP (What's in my pot?) или анализ по 16S рРНК, белку CO1 и ITS.
  • Портативный MinION позволяет проводить анализ ДНК и РНК «на месте» для тех видов, которые не могут быть культивированы в лаборатории или образцов, которые не могут быть транспортированы. Например, в джунглях, русле реки, или в сельской местности.

microbiome.pngМикробиологические исследования
с MinION

Портативный MinION в настоящее время используется для микробиологичекого анализа в ряде областей, включая анализ кишечной микрофлоры животных или анализ окружающей среды.

Как используется MinION в микробиологических исследованиях?

  • Исследования микробиома животных, например микробиома кишечника мыши.
  • Метагеномный анализ сложных образцов окружающей среды, например, образцов воды из розового озера Хиллер в Австралии, морских микробиомов, образцов воды в городах или из регионов, представляющих особый экологический интерес, таких как Арктика или Антарктика.
  • Исследование микробиоты по таксономии и относительной численности, включая WIMP (What's in my pot?) или анализ по 16S рРНК, белку CO1 или ITS.

dna-dark.pngГенетический анализ
с MinION

MinION может быть использован для различных отраслей генетического анализа.

Что бы вы хотели сделать, получая длинные риды?

  • Собрать полностью геном de novo.
  • Найти и оценить влияние структурных вариантов.
  • Секвенировать повторяющиеся последовательности и оценить их значимость.
  • Изучить SNP в целевом регионе.
  • Быстро выявлять виды в смешанной популяции или характеризовать вирусную РНК и связанную с ними эпидемиологию.
  • Изучать изоформы, варианты сплайсинга и химерные белки, анализируя полноразмерные транскрипты.
  • Работать с нативной ДНК для изучения эпигенетических изменений.
  • Секвенировать и напрямую анализировать РНК, без проведения этапа ПЦР с обратной транскрипцией.

human-dark.pngГенетика человека
с MinION

Нанопоровый анализ ДНК и РНК может применяться для изучения генетической информации в клинико-исследовательской практике.

MinION – портативный секвенатор, позволяющий получать длинные риды в реальном времени – был использован для секвенирования полного генома человека в различных областях генетики человека.

Вы заинтересованы в этом?

  • Секвенирование полного генома для выявления новых ассоциированных с заболеваниями мутаций, сборка полного генома и метагенома.
  • Целевое секвенирование с использованием готовых панелей.
  • Секвенирование РНК: анализ полноразмерных транскриптов для стренд-специфичной транскриптомики, анализ вариантов сплайсинга и химерных транскриптов, прямой анализ РНК.

Нанопоровое секвенирование позволяет читать все представленные прибору молекулы ДНК, обеспечивая получение сверхдлинных чтений (ридов). На данный момент зарегистрированным рекордом по длине чтения является фрагмент 950 000 п.о.

Сверхдлинные чтения могут охватить сложные и повторяющиеся области, позволяя исследователям исследовать структурные варианты, будь то повторы или инверсии, CNV, indels, гаплотипы или транслокации, а также SNP. Независимо от того, будете ли вы работать с геномной ДНК, ампликонами или кДНК, данные секвенирования начнут поступать сразу после запуска секвенатора. Вы сможете остановить эксперимент, как только будет получено достаточно данных для ответа на ваши вопросы.

Первый отчет по секвенированию полного генома человека:
1 декабря 2016 года на собрании сообщества Oxford Nanopore в Нью-Йорке были представлены первые геномы человека, которые были секвенированы с MinION.
Докладчики отметили особую значимость первых результатов, а также выразили свое желание продолжить работу по расширению своих проектов.

MinION и другие продукты Oxford Nanopore предназначены только для научных исследований.


cancer-research.png Онкологические исследования
с MinION

Нанопоровое секвенирование является мощным инструментом для анализа генетических вариантов.

Каким образом нанопоровое секвенирование поможет при изучении рака?

  • Целевое ресеквенирование с высоким покрытием для анализа герминальных или соматических вариантов с использованием технологий обогащения методами гибридизации или мультиплексной ПЦР
    • анализ локусов, ассоциированных с раком
    • использование готовых панелей
  • Секвенирование РНК для анализа вариантов сплайсинга и химерных транскриптов 
  • Секвенирование целого генома с использованием длинных ридов позволяет сравнивать опухолевые и нормальные геномы
    • изучение структурных вариантов
    • обнаружение ранее неизвестных SNV


plant-research@1x.pngГенетика растений
с MinION

Нанопоровое секвенирование теперь используется для анализа геномов растений в лабораторных или полевых условиях.

Какой вклад нанопоровое секвенирование внесет в ваши исследования растений?

  • Сборка de novo сложных гигантских геномов растений без необходимости дополнительных инвестиций.
  • Разрешение повторяющихся последовательностей и транспозонов с использованием длинных чтений.
  • Анализ структурных вариантов, которые могут быть использованы при селекции растений.
  • Анализ патогенных микроорганизмов растений с возможностью использования прямого секвенирования РНК.

Использование MinION для анализа образцов «на месте», вне лаборатории.
Портативность Minion предоставляет новые возможности для анализа образцов на месте, без затрат времени на их транспортировку до лаборатории. Для проектов, требующих высокой пропускной способности, секвенатор PromethION способен заменить 300 проточных ячеек MinION!

Обладая высокой пропускной способностью и портативностью, в 2016 году MinION был использован для сборки полного генома томата в лабораторных условиях, а также для секвенирования генома Arapidopsis в высокогорных условиях. Сейчас разрабатываются новые подходы к сборке геномов, которые значительно сократят требования к вычислительным мощностям и повысят скорость сборки сложных геномов.


rna-dark.pngСеквенирование РНК
с MinION

Как нанопоровое секвенирование используется для анализа РНК?

  • Исследования экспрессии генов.
  • Получение длинных ридов для изучения вариантов сплайсинга и химерных транскриптов.
  • Идентификация смысловых и антисмысловых транскриптов.
  • Быстрая экспресс-характеристика РНК-содержащих вирусов и связанной с ними эпидемиологии.
  • Секвенирование нативной РНК, позволяющее исследовать модификации РНК.
  • Протоколы без использования ПЦР.
  • Возможность избежать биаса обратных транскриптаз.


Мы надеемся, что технология Oxford Nanopore позволит открыть новые горизонты и освоить целые направления в молекулярно-генетического анализа. 

Уже сейчас вы можете ознакомиться с опубликованными данными, перейдя по ссылке:
 https://nanoporetech.com/resource-centre/publications

к списку обзоров