Studenci SUNY Fredonia mogą prowadzić nowatorskie badania, korzystając z sekwencera Oxford Nanopore MinION — urządzenia, które, co nieprawdopodobne, jest nie większe od batonika Snickers.

Projekty sekwencjonowania genomowego DNA, które wcześniej można było realizować jedynie w dużych ośrodkach badawczych, takich jak Roswell Park Comprehensive Cancer Center, są obecnie włączane do podstawowego programu nauczania biologii na uniwersytecie Fredonia.

Według profesora nadzwyczajnego Scotta Fergusona z Wydziału Biologii, który koordynuje program genetyki molekularnej, wydajność technologii sekwencjonowania DNA wzrosła o rzędy wielkości w ciągu ostatnich 15 lat. „Technologia ta umożliwiła sekwencjonowanie całego ludzkiego genomu i identyfikację wariantów powodujących choroby w ciągu godzin, a nie lat” – powiedział.

„Nowa technologia, niczym nić przechodząca przez ucho igły, kieruje poszczególne nici DNA przez pory w skali nano, aby określić ich skład chemiczny” – wyjaśnił dr Ferguson.

To bardzo niezwykłe, że tego typu technologia jest dostępna w szkole naszej wielkości, jednak nadal będzie ona wspierać tradycję zapewniania studentom autentycznych doświadczeń badawczych, które są znakiem rozpoznawczym studiów naukowych w Fredonii”. – Dr Scott Ferguson

Studenci będą korzystać z sekwencera DNA na zajęciach i laboratoriach prowadzonych przez wykładowców wydziału biologii, począwszy od semestru jesiennego, co rozszerzy zakres tych zajęć, a także pozwoli na realizację wspólnych projektów badawczych.

Studenci zapisani na kierunki Genetyka molekularna, Biologia, Nauka laboratoryjna medyczna i Biochemia zdobędą doświadczenie w korzystaniu z sekwencera DNA, wyjaśnił dr Ferguson. „Dzięki integracji z programem nauczania nie tylko nieliczni studenci-badacze, ale Wszystko „studenci tych kierunków będą mieli szansę wykorzystać tę wiedzę w laboratorium genetycznym, które jest częścią ich studiów” – powiedział Ferguson.

Według Fergusona, uniwersytety licencjackie rzadko mają własne Nanopore DNA Sequencer. Najczęściej można je znaleźć w dużych szkołach badawczych, a nie głównie w instytucjach licencjackich, takich jak Fredonia.

„To bardzo niezwykłe, że tego typu technologia jest dostępna w szkole naszej wielkości” – powiedział. „Jednakże będzie ona nadal podtrzymywać tradycję zapewniania studentom autentycznych doświadczeń badawczych, które są znakiem rozpoznawczym studiów naukowych w Fredonii” – dodał.

Ferguson będzie korzystał z sekwencera na zajęciach z genetyki na drugim roku studiów jesienią tego roku, więc niemal każdy student Wydziału Biologii będzie miał styczność z tą najnowocześniejszą technologią aby zidentyfikować nowe mutacje, które generują, wykorzystując technikę edycji genów znaną jako CRISPR.

Będzie on również wykorzystywany w jego zaawansowanym laboratorium genetyki molekularnej do bardziej zaawansowanych badań we współpracy z profesorem nadzwyczajnym Courtney Wigdahl-Perry i jej laboratorium w celu identyfikacji społeczności glonów przyczynianie się do szkodliwych zakwitów glonów (HAB) w próbkach wody i osadów jeziora Chautauqua.

„Dodatkowe zastosowania badań w moim laboratorium i laboratorium dr. (Jonathana) Knissa pozwolą na realizację projektów na skalę genomiczną, które wcześniej były domeną wyłącznie dużych uczelni, takich jak UB i Roswell Park, w Fredonii” – powiedział Ferguson.

Sekwencer DNA został po raz pierwszy wykorzystany tego lata w dwóch eksperymentach pilotażowych. Próbki wody pitnej zebrane przez profesora SUNY Distinguished Teaching Professor Teda Lee podczas jego stypendium Fulbrighta w Hondurasie zostały zsekwencjonowane pod kątem genów rybosomalnych 16S w celu zidentyfikowania zanieczyszczających gatunków bakterii. Drugi eksperyment w laboratorium Fergusona zsekwencjonował unikalne mutacje u muszek owocowych, które wpływają na wzorce rozwojowe ich jaj, model podobnych zdarzeń sygnałowych w komórkach ludzkich.

„Gdy połączymy DNA bakterii i muszek owocowych z dwóch eksperymentów, zsekwencjonowaliśmy 21 000 fragmentów DNA w 20 minut” — powiedział Ferguson. „Używając starszej technologii, nasze laboratorium potrzebowałoby miesięcy, aby wygenerować taką ilość danych”.

Sekwencjonowanie DNA odgrywa centralną rolę w badaniach podstawowych. Biologia rozwojowa, biologia komórki, biochemia, mikrobiologia, immunologia, ekologia i inne nauki biologiczne opierają się na Sekwencjonowanie DNA w celu identyfikacji i scharakteryzowania różnic genetycznychwyjaśnił Ferguson. Możliwość szybkiego i dokładnego wyliczenia sekwencji DNA w różnych próbkach wzrosła wykładniczo.

„Konieczne będzie przeszkolenie naszych studentów w zakresie korzystania z tych nowych narzędzi, aby mogli pozostać konkurencyjnymi kandydatami na studia podyplomowe i zawodowe” – powiedział Ferguson.

Aby wykazać, dlaczego sekwencer DNA Nanopore jest tak ważnym osiągnięciem w Wydziale Biologii, Ferguson powołuje się na finansowany przez National Science Foundation projekt sekwencjonowania, który przeprowadził w 2012 r. Wspólny zasób genomiczny w Roswell Park Comprehensive Cancer Center, który oferuje zintegrowany zestaw narzędzi i usług do analizy genomicznejzostał wykorzystany do kompilacji danych.

„W 2012 r. zapłaciliśmy 23 000 dolarów za wygenerowanie tego rodzaju danych, a teraz jesteśmy w stanie wygenerować je tutaj za mniej niż 1000 dolarów” — zauważył Ferguson.

Analizator genetyczny Applied Biosystem 3500, używany w departamencie od ponad dekady, porusza się w tempie lodowcowym w porównaniu z tym błyskawicznym sekwencerem DNA. Jest też ogromny w porównaniu, większy niż lodówka w akademiku, a jego cena wynosiła prawie 100 000 dolarów, gdy Fredonia Science Center otwarto 10 lat temu.

„Choć w niektórych zastosowaniach nadal ma to zastosowanie, stary system sekwencjonował 1000 zasad na raz (pojedyncze litery genetyczne w DNA), podczas gdy nowy sekwencer potrafi odczytać setki tysięcy zasad w jednym łańcuchu DNA” – wyjaśnił Ferguson.

„To ogromny krok naprzód w kwestii naszych możliwości sekwencjonowania i cenna szansa dla naszych studentów” – powiedział Ferguson.

Fundacja Phyllis W. i Lawrence A. Patrie Endowment for the Sciences of the Fredonia College przyznała prawie 9000 dolarów na zakup sekwencera DNA, towarzyszącego mu komputera stacjonarnego i artykułów eksploatacyjnych.