Ustalenie, kiedy i gdzie DNA zmienia się w miarę postępu choroby, pozwala na lepsze leczenie przewlekłych chorób genetycznych, w tym raka, cukrzycy oraz zaburzeń neurologicznych i rozwojowych.

Na Uniwersytecie w Arizonie sekwencery genomu są wykorzystywane w wielu dyscyplinach. Ale najnowszy sekwencer genomu w UArizona Health Sciences oferuje najnowszy skok w zakresie możliwości i technologii o rok świetlny.

Poszerzenie możliwości, usprawnienie leczenia

System Illumina NovaSeq 6000 został zakupiony przez kobiecą radę Steele Children’s Research Center Phoenix, znaną jako People Acting Now Discover Answers. Sekwencjoner genomu o wartości 1,3 miliona dolarów został zainstalowany w lipcu ubiegłego roku w centrum PANDA Core for Genomics and Microbiome Research na Wydziale Pediatrii College of Medicine w Tucson. Centrum działa jako ramię badawcze wydziału.

„NovaSeq daje nam zupełnie nową skalę sekwencjonowania” — powiedział dyrektor PANDA Core dr Daniel Laubitz.

Dr Laubitz zauważył, że Human Genome Project zsekwencjonował pierwszy genom w 2003 roku, co zajęło 13 lat i 3 miliardy dolarów. Od tego czasu badania genomiczne przeskoczyły o lata świetlne. Na przykład starszy sekwencer PANDA Core, jednostka Illumina MiSeq, może wygenerować 15-20 milionów odczytów małych fragmentów zsekwencjonowanego DNA. Jednostka NovaSeq generuje 20 miliardów odczytów razy dwa, ponieważ to dwa instrumenty w jednym.

„Teraz, dzięki NovaSeq, możemy zsekwencjonować 48 całych ludzkich genomów w ciągu 40 godzin. Nasze dane mogą być wykorzystywane do celów diagnostycznych i podstawowych badań naukowych” – powiedział dr Laubitz. „Skala jest zupełnie inna. Technologia jest zupełnie inna”.

W zeszłym miesiącu Steele Center zostało beneficjentem kampanii zbierania funduszy Tucson’s Angel Charity for Children 2023, której celem jest zebranie 800 000 dolarów. Dzięki temu pięć laboratoriów i jedno biuro badawcze zostaną przebudowane, aby zapewnić badania genomiczne dla dzieci, powiedział przewodniczący wydziału pediatrii i dyrektor Steele Center Fayez Ghishan, lekarz medycyny.

„Jako odbiorca funduszy Angel Charity for Children’s, ten rok będzie bardzo ekscytujący dla dzieci w tej społeczności” – powiedział dr Ghishan dla KVOA News4 Tucson. „Dzięki tym laboratoriom i posiadanemu sprzętowi rozpoczniemy sekwencjonowanie całego genomu, aby szybciej identyfikować chore dzieci, dzięki czemu koszty ich leczenia będą znacznie niższe”.

Postęp nauk podstawowych, możliwości diagnostyczne

Dr Laubitz współpracuje z kierownikiem UArizona Genetics Core for Clinical Services Taylor Edwards, mgr, dr, aby zweryfikować możliwości NovaSeq PANDA Core zgodnie ze standardami Clinical Laboratory Improvement Annex lub CLIA. Ten certyfikat jest wymogiem federalnym, zanim takie laboratoria będą mogły przyjmować ludzkie próbki do testów diagnostycznych. Oczekuje, że walidacja potrwa do trzech miesięcy lub dłużej.

Nadal, szef oddziału intensywnej opieki pediatrycznej Katri Typpo, MD, MPH, wykorzystał już MiSeq i NovaSeq PANDA Core do wielu badań naukowych, w tym do sekwencjonowania próbek genetycznych od dzieci, które przeszły chirurgiczną naprawę wrodzonej wady serca. Celem jest lepsze zrozumienie, w jaki sposób rutynowe antybiotyki w okresie okołooperacyjnym zmieniają mikrobiom jelitowy i czy żywienie, które otrzymują niemowlęta po operacji, może chronić je przed negatywnymi konsekwencjami antybiotyków.

„W szczególności próbuję zrozumieć, czy czas i rodzaj odżywiania chronią przed dysfunkcją narządów po operacji” – dodał dr Typpo.

„Posiadanie zespołu badaczy zajmujących się sekwencerami genomowymi oznacza, że ​​mogę ściślej współpracować z zespołem wykonującym pracę, aby uzyskać analizę dostosowaną do moich konkretnych potrzeb. Rezultatem jest lepsza nauka”.

Dr Laubitz powiedział, że sekwencery NovaSeq i MiSeq są dostępne do badań poza pediatrią lub zdrowiem. W przypadku NovaSeq obejmuje to sekwencjonowanie próbek roślin, gleby lub wody do celów środowiskowych i innych.

Jeden z przykładów PANDA Core obejmował badanie mikrobiomu gleby z udziałem naukowców z UArizona College of Agriculture and Life Sciences na chilijskiej pustyni Atakama, najsuchszym miejscu na Ziemi, w celu przeanalizowania zmian po opadach deszczu. Innym przykładem są badania nad rolą mikroflory jelitowej w toksyczności gleby zanieczyszczonej arszenikiem Paweł Kiela DVM, dr habwicedyrektor Steele Children’s Research Center, dr Raina Maier, Dyrektor UArizona Superfund Research Center i mikrobiolog CALS dr Paul Carini.

W przypadku rdzenia UArizona Genetics Core, który jest wyposażony w jednostkę Illumina NextSeq 550 i MiSeq, jednym z przykładów projektów było sekwencjonowanie podwariantów SARS-COV-2 podczas pandemii.

„Pomagamy ludziom znaleźć właściwy instrument lub usługę, aby uzyskać najbardziej opłacalny i efektywny czasowo sposób rozwiązywania ich problemów genetycznych”.
Taylora Edwardsa, dr

„Kiedy po raz pierwszy rozpoczęto testy na COVID, pracowaliśmy już na miejscu, wykonując prace molekularne z licencją CLIA” – powiedział dr Edwards. „Bardzo szybko dokonaliśmy walidacji naszego testu PCR. Następnie opracowaliśmy nasz test na przeciwciała COVID, który był oferowany bezpłatnie w całym stanie i jest obecnie używany przez dr Jeff BurgessGrupa AZ HEROES prowadzi długoterminowe badania nad COVID. A ponieważ mamy już rurociąg o dużej przepustowości, możemy w tym celu przetwarzać tysiące próbek dziennie”.

dr David Harris, profesor immunobiologii i dyrektor wykonawczy Biorepository UArizona Health Sciences, został uhonorowany za swoją rolę w testowaniu COVID-19 na wczesnym etapie pandemii. Jego zespół stworzył zestawy próbek do PCR i zwalidował szybki test antygenowy, który wykazał aktywne infekcje w czasie rzeczywistym. Powiedział, że testy antygenowe i PCR z analizą genomową UArizona Genetics Core były kluczowe, gdy najważniejszy był czas.

To samo dotyczy innych badań, powiedział dr Harris. „Chociaż moglibyśmy przeprowadzić naszą pracę w zakresie genomiki, nie byłoby to tak szybkie ani wydajne, opóźniając nasze analizy”.

Rusłan Rafikow, drI dr n. med. Olga RafikovaCollege of Medicine – Naukowcy z Tucson badający metaboliczne wskazówki dotyczące wcześniejszej diagnozy choroby, początkowo tętniczego nadciśnienia płucnego, którzy również intensywnie współpracują z AZGC, byli w pełni zgodni.

Współpraca, edukacja dla przyszłości

dr. Laubitz i Edwards powiedzieli, że współpraca leży u podstaw ich związku. AZGC może wykonać „przygotowanie biblioteki” sekwencjonowania pojedynczych komórek (rozbicie próbki genomowego DNA na bibliotekę fragmentów do sekwencjonowania) w celu wykonania bardziej skomplikowanego projektu genomicznego przez PANDA Core. W ten sposób współpracują ze sobą, aby skuteczniej realizować cele klientów i stojącą za nimi naukę.

Współpracują również z innymi zasobami nauk o zdrowiu – proteomicznym, metabolicznym, genetycznym lub genomicznym – aby funkcjonować jako usługi warstwowe, wykorzystując mocne strony jednej uczelni, ośrodka lub instytutu ogólnie dostępnych w całym kampusie i poza nim. A ponieważ są to zasoby uniwersyteckie, struktura opłat koncentruje się na kosztach usług, a nie na zyskach.

„Jesteśmy w zasadzie rodzajem DNA do wynajęcia. Pomagamy skierować ludzi do odpowiedniego instrumentu lub usługi, aby uzyskać najbardziej opłacalny i efektywny czasowo sposób rozwiązywania ich problemów genetycznych” – powiedział dr Edwards.

Dr Laubitz zgodził się. „Staramy się uzupełniać, a nie konkurować ze sobą”.

To przynosi korzyści nie tylko badaczowi, ale także uczelniom, ośrodkom i instytutom, dodał dr Edwards. „Pomaga, powiedzmy, kiedy Arizona Cancer Center zostało ponownie wyznaczone, byli w stanie powiedzieć, tak, częścią naszej skuteczności tutaj na Uniwersytecie Arizony jest to, że mamy placówkę genetyczną, która jest w stanie wykonać profilowanie guza w razie potrzeby ”.