Hoorcollege 1: Introductie OMICS in BMW
OMICS technologieën zijn high-throughput(veel tegelijk meten) wet-lab experimenteel(gebruikt in
laboratorium) technologieën om moleculen(DNA, RNA, eiwit, metaboliet) te meten in een cel.
Bij OMICS krijgen we veel data (dus geen small data) omdat we van alles kunnen meten in een cel.
OMICS kan worden onderverdeeld in DNA(genomics) , level van gen expressie/mRNA
(transcriptomics) of expressie van eiwiten(proteomics) en metabolieten(metabolomics).
Centrale dogma: DNA(epigenetca) mRNA eiwit ( metaboliet).
We kunnen van alles meten in een cel: DNA/RNA gen expressie, eiwit expressie, aminozuurvolgorde,
metaboliet concentrates, DNA methylate, histon modifcate, eiwit-DNA binding etc.
Biomarker: Groep genen/eiwiten/metabolieten (of combinates) gemeten in een cel/weefsel/bloed
waarbij het patroon is een uniek karakteristek van een fenotype/ziekte/behandeling/prognose.
Personalized medicine: Een bepaald medicijn gericht op een kleinere groep patënten(stratificatie).
Soms kan een medicijn bij een bepaalde groep heel goed werken, maar gemiddeld slechter. Dit kan
aan bepaalde mutates liggen. Personalized medicine zou nooit op zichzelf kunnen staan, het blijf
een ‘add on’ voor standaard behandeling, het wordt een combinate.
Mammaprint: Bepaald het risico op metastase bij borstkankerpatënten. Als bepaalde genen hogere/
lagere expressie hebben heb je meer kans op metastasen.
Systeembiologie: Dit is de discipline die door middel van wet lab experimenten en computatonele
methoden complete systemen probeert te modelleren en te begrijpen. Met systemen bedoelen we
hier een compleet organisme (bv een bacterie) of een cel, en organel, of orgaan.
Systeem medicine: Systeem biologie in medische concepten onderzoek en praktjk. Voor het
begrijpen van pathogene mechanisme, ziekte ontwikkeling/verspreiding/genezing, reacte op
behandeling en bijwerkingen.
Bioinformatica: Is een discipline die methoden uit de informatca en statstek toepast om
biologische vraagstellingen te adresseren. Bioinformatca is nodig om OMICS data te analyseren en te
interpreteren. Bioinformatca speelt ook een rol bij het goed opzeten van experimenten zodat
achteraf de gewenste informate uit de data kan worden verkregen.
Informatiemanagement: Vanwege de grote hoeveelheden data die worden geproduceerd
door OMICS technologieën speelt informatemanagement (als onderdeel van
(bio)informatca) een belangrijke rol in hedendaags biologisch onderzoek.
Informatemanagement speelt bijvoorbeeld een rol bij het opzeten van
(publieke)databases, de organisate van data, de beschrijving van data en de integrate van
data.
e-Bioscience (of e-Science): e-Bioscience is de discipline die moderne ICT middelen gebruikt als
‘enabling technologie’ om het beantwoorden van biomedische vragen mogelijk te maken. Zulke
technologieën zijn bijvoorbeeld GRID en workfow systemen. e-Bioscience ontsluit benodigde
rekenkracht en opslagcapaciteit die vaak nodig is voor de analyse van grote hoeveelheden OMICS
data.
,Hoorcollege 2: Introductie Next Generation Sequencing
(NGS)
Met NGS kan je DNA maar ook mRNA sequensen(genomics & transcriptomics). Menselijk genoom
heef 3 miljard nucleotiden en 20.000 genen. Het exome is 1% van het genoom.
Je pakt een sample, je extraheert het DNA/RNA, je maakt een bibliotheek van fragmenten en dan ga
je het sequensen met Sanger Sequencing of NGS. Sanger Sequencing gebeurde met radioacteve
probes.
Toepassingen van NGS:
Volledige genomen (compleet DNA)
Variante detecte (SNPs, indels)
o Exome sequencing
Structurele variate (deletes, duplicates, insertes, inversies, translocates)
RNA-sequencing:
o Splice varianten
o Gen expressie
Chip-sequencing (interacte eiwiten & DNA)
o Waar bindt een eiwit aan het DNA? Bijvoorbeeld histon modifcates. Combinate van
Chromatn immunoprecipitaton (antstooen) en NGS.
Bisulfite sequencing (DNA methylate)
o Als er methylgroepen aanziten wordt cytosine niet geconverteerd tot uracil door
bisulfet behandeling.
Metagenomics (meerdere genomen, bacteriën en organismen die bijvoorbeeld in je mond
ziten)
Sanger Sequencing: Maakt gebruik van gelabelde dideoxynucleotides (ddNTPs) die zorgen dat de
reacte niet verder kan, dit zorgt voor fragmenten met een bepaalde lengte en bepaald einde. Met
elektroforese scheidt je de fragmenten op basis van hun lengte, omdat ze gelabeld zijn zie je welk
nucleotde op het einde zit en zo kun je de sequente afezen. Het produceert redelijk lange DNA
fragmenten (700-900) maar wel langzaam.
Next Generation Sequencing: Ze kunnen nu de nucleotde meten op het moment dat hij wordt
ingebouwd in de strand door een polymerase, dit gaat dus sneller dan Sanger Sequencing.
Illumina Sequencing(NGS):
Library preparatie: Je maakt een bibliotheek van fragmenten die je wilt sequensen, je hebt
het DNA, hier maak je fragmenten van met adapters eraan. Deze ligeer je weer waardoor je
een bibliotheek krijgt met adapters aan 2 kanten.
Cluster amplificatie: Bij cluster amplifcate
vermenigvuldig je de sequentes. Elk cluster krijgt veel
fragmenten van hetzelfde materiaal, je hebt dan
voldoende materiaal. Ze ziten vast aan een drager en
maken bruggen met elkaar om te amplifceren. (plaatje
)
, Sequencing: Bij sequencing gebruik je dus de vaste drager waar de DNA fragmenten op
ziten, je gooit hier fuorescente nucleotden overheen. Deze worden ingebouwd, op dit
moment meet je.
Alignment & DNA analyse: Je krijgt je DNA sequentes als een foto(met verschillende soorten
fuorescente) en deze kan je analyseren. Je volgt het in de tjd (verschillende foto’s).
Verschil Sanger & NGS: NGS heef kortere fragmenten(35 tot 250 tegenover 650 tot 800bp), Sanger is
veel nauwkeuriger(99,999% tegenover 85-99,9%). NGS is wel veel goedkoper en sneller.
Hoorcollege 3: Exome sequencing, het principe
Waar is de mutate die het ziektebeeld veroorzaakt? Identfcate van gen-varianten in eiwit
coderende delen van DNA(genen) die zorgen voor zeldzame ziektes(1 op 2000 mensen).
Het exome is het gedeelte van het genoom wat wordt gevormd door de exons (delen van genen die
mRNA worden).
Gene variant:
Single Nucleotide Polymorphism(SNP): Puntmutate.
Allel: Versie van een gen op een locus.
Indel: Kleine inserte of delete.
Het principe: zie plaatje
Exon capture: Verwijderen van introns
en DNA stukken die geen genen zijn.
We doen dit omdat we dan minder
hoeven te sequensen.
Analyse: Je gebruikt een reference
sequence om de verschillende
nucleotden tussen de patënt en
referente te bepalen, je weet niet
zeker of dit mutates zijn. Hierna maak
je een lijst van mogelijke SNPs, hierin
staan alle verschillen tussen reference
en patënt (die geen errors zijn), dit zijn dus de ziek makende SNPs. Hierna vergelijk je het met
andere patiënten en kijk je of het non-synonymous SNPs(veranderen het eiwit)zijn en zo kom je aan
het gemuteerde gen wat zorgt voor de ziekte.
Hoorcollege 4: Exome sequencing (& Nicolaides-
Baraitser Syndroom)
Bij exome sequencing zoeken we vooral naar
mutates die zeldzaam zijn. Niet-zeldzame
mutates kan je opsporen met GWAS. Niet-
zeldzaam wordt gedefnieerd als 5% van de allel
frequente. Bij exome sequencing kijk je naar
eiwit coderende genen, bij GWAS naar
regulatoire stukken. GWAS is vaak bij veel
