Technologie badawcze

Sekwencjonowanie całego genomu (WGS) analizuje kompletną sekwencję DNA, obejmującą zarówno regiony kodujące białka (eksony), jak i niekodujące (introny, regiony regulatorowe). WGS pozwala wykryć warianty w całym genomie, w tym strukturalne (delecje, duplikacje, translokacje, inwersje), warianty dynamiczne oraz zlokalizowane w regionach regulatorowych – np. wpływających na ekspresję genów. Sekwencjonowanie eksomu (WES) koncentruje się wyłącznie na regionach kodujących – eksonach, które stanowią około 1-2% ludzkiego genomu. WES jest bardziej ekonomiczne i umożliwia osiągnięcie większej głębokości pokrycia w regionach kodujących przy niższych kosztach. Jest szczególnie przydatne w identyfikacji wariantów wywołujących choroby genetyczne spowodowane wariantami patogennymi w genach kodujących białka oraz w analizie onkogennych wariantów somatycznych w nowotworach.

Technologia nCounter to platforma służąca do cyfrowego zliczania ekspresji genów lub niekodujących RNA bez konieczności amplifikacji materiału genetycznego. Wykorzystuje fluorescencyjnie znakowane sondy molekularne (molecular barcodes), które wiążą się bezpośrednio z określonymi sekwencjami RNA w próbce. NanoString nCounter jest szczególnie przydatny w analizie materiału archiwalnego FFPE (formalin-fixed paraffin-embedded), który często jest zdegradowany, oraz w przypadku małych ilości RNA. Technologia ta pozwala na jednoczesną analizę ekspresji setek wybranych transkryptów mRNA oraz miRNA z wysoką powtarzalnością i standaryzacją. NanoString nCounter jest idealny do badań typu liquid biopsy (ciekła biopsja – np. w surowicy czy osoczu), gdzie ilość materiału genetycznego jest ograniczona, oraz do walidacji biomarkerów zidentyfikowanych metodami NGS.

Wykonywanie badań genomowych w polskim laboratorium zapewnia pełną zgodność z RODO (GDPR) i polskim prawem o ochronie danych osobowych – wrażliwe dane osobowe pacjentów, do których należą dane genomowe i omiczne, nie opuszczają kraju, co minimalizuje ryzyko naruszenia prywatności. Laboratorium genomowe UMB (LGAE) działa zgodnie z najwyższymi standardami w reżimie klinicznym, zapewniając wysoką jakość procesów od pobrania próbki po analizę bioinformatyczną. Infrastruktura UMB obejmuje nowoczesne sekwenatory NGS (Illumina NovaSeq X Plus, NovaSeq 6000 Dx) oraz zaawansowane systemy obliczeniowe (LOMM), co pozwala na kompleksową realizację projektów badawczych bez konieczności outsourcingu. LGAE posiada certyfikaty jakości uzyskane podczas oceny przez Europejską Sieć Kontroli Jakości Badań Genetycznych (EMQN) i agencję Oceny Jakości Genomicznej (GenQA), w zakresie „Next Generation Sequencing EQA (Germline)”. Laboratorium uzyskało najwyższą ocenę, a wygenerowane dane sekwencyjne uzyskały najwyższe wartości punktowe w systemie Illumina NovaSeq 6000. Dodatkowym atutem jest bezpośredni kontakt z zespołem realizującym projekt, możliwość konsultacji w języku polskim oraz szybsza logistyka próbek. Współpraca z polskim ośrodkiem akademickim zapewnia również transparentność procesu zgodnie z wymaganiami regulacyjnymi obowiązującymi w Polsce. Wiele instytucji grantowych wymaga, aby żadna próbka ani dane nie opuszczały granic Polski.

Standardowe sekwencjonowanie RNA (bulk RNA-Seq) analizuje średnią ekspresję genów ze wszystkich komórek w próbce jednocześnie, co maskuje heterogenność komórkową. Sekwencjonowanie RNA pojedynczych komórek (scRNA-Seq) pozwala na identyfikację rzadkich populacji komórek, kwantyfikację ekspresji genów w każdym typie komórek odrębnie, charakteryzację heterogenności (np. guza) oraz profilowanie mikrośrodowiska nowotworowego. Ta technologia umożliwia predykcję trajektorii rozwojowych komórek, analizę procesów różnicowania oraz identyfikację transformacji między stanami komórkowymi, co jest niemożliwe w bulk RNA-Seq. Analizy statystyczne można prowadzić odrębnie dla każdego zidentyfikowanego typu komórek.

Analiza danych NGS jest obliczeniowo bardzo wymagająca i zazwyczaj nie jest możliwa na standardowym laptopie. Surowe dane z sekwencjonowania (pliki FASTQ) zajmują dziesiątki do setek gigabajtów, a ich przetworzenie wymaga dużej pamięci RAM (często 64-256 GB), znacznej mocy obliczeniowej oraz przestrzeni dyskowej rzędu terabajtów. Pojedyncza próbka WGS może generować 100-200 GB danych, a jej analiza na klastrze obliczeniowym trwa kilka do kilkunastu godzin – na laptopie byłaby niemożliwa lub trwałaby tygodnie. W Laboratorium Obliczeniowej Medycyny Molekularnej (LOMM) UMB wykorzystujemy dedykowany klaster obliczeniowy wysokiej wydajności (HPC) oraz specjalistyczne pipeliny bioinformatyczne, które umożliwiają efektywną analizę dużych zbiorów danych multiomicznych z setek próbek jednocześnie. Dostęp do takiej infrastruktury jest kluczowy dla projektów wielkoskalowych wymagających analizy tysięcy próbek.

Prawidłowa analiza danych NGS wymaga specjalistycznej wiedzy z zakresu bioinformatyki, biologii molekularnej i biostatystyki oraz znajomości zaawansowanych algorytmów i pipelinów analitycznych. Proces obejmuje restrykcyjną kontrolę jakości na każdym etapie, identyfikację i eliminację artefaktów technicznych oraz interpretację wyników w kontekście merytorycznym prowadzonego projektu. Nieprawidłowe wykonanie analiz bioinformatycznych nie spowoduje, że w ogóle nie zostaną uzyskane wyniki – prawdopodobnie wyniki będą, ale mogą okazać się błędne, a wyciągnięte wnioski nieprawidłowe. Zespół Laboratorium Obliczeniowej Medycyny Molekularnej (LOMM) UMB posiada wieloletnie doświadczenie w analizie danych multiomicznych (genomu, transkryptomu, metylomu, miRNA). Doświadczeni specjaliści zapewniają kompleksową analizę od etapu surowych odczytów sekwencyjnych do analiz statystycznych i wizualizacji rezultatów, gwarantując najwyższą jakość wyników.