Hoorcollege 1 Introductie OiBMW
Centrale dogma; DNA (transcriptie) mRNA (translatie) polypeptide
OMICS = OMICS technologieën zijn hight-throughput experimental
technologieën om molecule in een cel te meten.
Experimental gebruik in laboratoria (wet-lab)
High-throughput veel samples, genen, eiwitten, etc. tegelijk gemeten
Moleculen DNA, mRNA, eiwitten, metabolieten
OMICS domeinen
- DNA
o Volgorde van nulceotiden van volledig/delen DNA
o Genomics genome
- Level van genexpressie (mRNA)
o Totaal aantal mRNA moleculen van een gen
o Transcriptomics transcriptome
- Eiwitten
o Overvloed en variaties/modificaties van vele eiwitten tegelijkertijd
o Proteomics proteome
- Metabolieten
o Kwantificatie en identificatie van vele metabolieten tegelijkertijd
o Metabolomics metabolome
Omics verwijst naar richting onderzoek binnen biologie die einden in ~omics
(bovengenoemd). En dit resulteert dan in ~ome.
Genome wide meten
- Meten vele moleculen tegelijk
- Complete DNA/RNA sequenties
- Alle genen, eiwitten, metabolieten
OMICS wet-lab technologiën (paar voorbeelden)
- Next generation sequencing; NGS (genomics, transcriptomics)
- (DNA) microarrays
- Mass-spectronomy (proteomics, metabolomics)
Bij omics ook bioinformatica (data te analyseren), systeembiologie (kijken naar
complete systemen, inzicht krijgen), informatiemanagement, e-science
(computersystemen voor verwerken data).
BIG data verzamelen via OMICS, patiënt data, life style data. En dan via bio-
informatica bottleneck geanalyseerd informatie management, integratie, data
analyse, machine learning/ artificial intelligence, visualisatie. Dit leidt dan tot
nieuwe biologische kennis.
ICT infrastructuur: opslag, computatie, cloud, grid, internet
Wet-lab experimentele bioloog (vooral in het lab)
Dry lab analytische bioloog (vooral achter computer)
,Dus bio-informatica, statistiek en wiskunde zijn steeds belangrijker binnen
biomedische wetenschappen. En kunnen ook biologische systemen analyseren.
Hiervoor heb je verschillende ICT infrastructuren nodig zoals cloud of computer
clusters.
Doen dit allemaal om gezondheid en ziekten beter te begrijpen en hierbij beter
diagnose te stellen of zelfs ziekte preventie te ontwikkelen. Kan ook kijken naar
behandelingen en ontwikkelen van (persoonlijke) medicijnen.
Disease signature (biomarker)
- Is groep van genen, eiwitten, metabolieten etc. (of combinatie ervan)
gemeten in, bijvoorbeeld een cel, weefsel, bloed sample (combinatie).
Gemeten patronen zijn unieke karakteristieken voor biologische
(sub)fenotypen, medische conditie, behandeling, diagnose of prognose.
- Is dus niet maar een enkel gen of eiwit
Gepersonaliseerde medicijnen erg belangrijk, want heel vaak werkt bepaalde
medicaties niet in groep personen. Want iedereen heeft andere eigenschappen
van de ziekten. Op moleculair niveau kan je patiënten indelen in verschillende
klassen.
We zijn allemaal verschillend; fysiologisch, medisch, genetisch, moleculair etc.
Dus wat werkt voor de een werkt misschien niet voor de ander.
Word meestal gekeken naar gemiddelde uitkomst bij patiëntpopulatie. Want
grote uitkomsten zijn beter voor de overleving i.p.v. persoonlijke medicijnen.
Wordt dus gekeken naar statistische uitkomsten, dus niet altijd beste optie voor
iedereen. Zou bijvoorbeeld gekeken moeten worden naar de verschillende
mutaties die patiënten hebben om zo de keuze van de behandeling daaraan te
laten afhangen gepersonaliseerde medicatie.
Dus gepersonaliseerde medicatie = to improve stratification and timing of
preventive and therapeutic measures by utilizing biological information and
biomarkers on the level of molecular disease pathways, genetics, proteomics as
well as metabolomics.
2
, Hoorcollege 2 Next generation sequencing
Aantal nucleotiden in humane genoom = 3 miljard
Aantal humane genen = ~20.000
Dragen ook veel bacteriële cellen met ons mee
Wat is DNA (RNA) sequensen nucleotide volgorde in kaart brengen.
Bloed, cellen of weefsel waar je DNA of RNA uit extracteerd. En dat hak je in
stukken voor een DNA bibliotheek. En daarna ga je sequensen (Sanger of NGS)
Electropherogram grafiek met piekjes wat dan weergaf of het een A,T,C of G
was
Illumina bedrijf dan allemaal apparaten ontwikkeld voor sequensen
NGS maakt het mogelijk om complete DNA sequenties in kaart te brengen van
het individu en ook de populatie.
Toepassingen NGS
- Volle genomen (complete DNA sequenties) in kaart brengen
- Variatie detectie (mutaties; SNPs, indels etc.)
o Exome sequencing
o Zijn veelal kleine variaties
- Structurele variatie
o Bijvoorbeeld stukken genoom die gedupliceerd of geamplificeerd
zijn
- Splice variatie (RNA-seq)
o Exonen kunnen op verschillende volgorden in elkaar worden gezet
- RNA-seq (gen expressie)
- Chip-seq (eiwit interacties met DNA in kaart brengen)
o Combinatie van Chromatin ImmunoPrecipitation (ChIP) met
NGS
o Hebt een monster en maakt daar crosslinks tussen DNA en
gebonden eiwitten. Isoleer het DNA uit cel en daarbij blijven
eiwitten vastzitten. DNA in stukken ophakken en voegt eiwit-
specifieke antilichamen. Zo kan je bepalen waar specifiek eiwit
precies zit op het DNA. Kan je extraheren dus houd dan alleen DNA
over waaraan bepaald eiwit gebonden zat. Verbreekt vervolgens
cross link en dan kan je DNA sequensen. Kan dan in genoom zien
waar de eiwitten zitten gebonden
- DNA methylatie in kaart brengen
o Aan hand van bisulfiet kan je cytosine omzetten in uracil. En daarna
dan DNA sequensen. Maar werkt alleen als DNA niet gemethyleerd
is
o Dus alle Cs die dan overblijven zijn gemethyleerd
o C/T = N (% methylatie)
- Metagenomics
3
