Unterstützung der Lebensmittelüberwachung, Aufklärung von Krankheitsausbrüchen oder Untersuchung von hoch-diversen Umweltproben.
Praxis
NGS-Anwendungsgebiete
Gesamtgenomsequenzierung: Typisierung von Krankheitserregern
Im täglichen Routinebetrieb unterstützt das NGS-Labor am Institut für Hygiene und Umwelt (NGS@HU) auch die Lebensmittelüberwachung und Aufklärung von Ausbruchsgeschehen. Dabei ist eine ubiquitär eingesetzte Methodik die Typisierung von bakteriellen und viralen Krankheitserregern. Im Gegensatz zur klassischen Serotypisierung wird im NGS-Labor das entsprechende Isolat, genauer gesagt, dessen Gesamtgenom sequenziert. Im Anschluss einer solchen Ganzgenomsequenzierung (whole genome sequencing, WGS) wird mit rechnergestützten Analysen das Isolatgenom in seiner Gesamtheit rekonstruiert (assembly) und jedes identifizierte Gen einem funktionellen Kontext zugewiesen (annotation). Ganzgenomsequenzierungen erfolgen je nach Vorhandensein mit oder ohne Abgleich zu einem Referenzgenom (reference based assembly vs. de novo assembly) und ermöglichen in Kombination mit einer Kerngenom Multi-Locus-Sequenztypisierung (cgMLST, core genome multi locus sequence typing) oder durch Bestimmungen des individuellen Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNP, single nucleotide polymorphism) eine Beschreibung des vorherrschenden Typs oder Serovars.
SARS-CoV-2: Aufklärung von Infektionsketten und Varianten-Klassifizierung
In der aktuellen COVID-19-Pandemie unterstützt das NGS-Labor am Institut für Hygiene und Umwelt (NGS@HU) die Aufklärung von Infektionsketten und die Klassifizierung von SARS-CoV-2-Varianten, insbesondere von variants of concern (VOC). Für die Ganzgenomsequenzierung des 30 kb großen SARS-CoV-2-Virusgenoms wird massive parallel sequencing (MPS) mittels short read sequencing und Geräten der Firma Illumina (Illumina MiSeq) als auch long read sequencing auf Geräten der Firma Oxford Nanopore Technologies (MinION) eingesetzt. Im Anschluss an die Sequenzierung wird mit rechnergestützten Analysen das Virusgenom anhand eines Referenzgenoms in seiner Gesamtheit rekonstruiert (mapping, reference-based assembly), und basierend auf den vorherrschenden Mutationen der Pangolin-Nomenklatur zugeordnet. Im Einzelnen werden die ermittelten DNA-Polymorphismen (single nucleotide polymorphism (SNP), Insertionen, Deletionen, etc.) im variant call format (vcf) gespeichert und als Grundlage weiterer Untersuchungen eingesetzt. Eine abgeleitete Consensus-Sequenz sowie der variant call werden genutzt, um die vorherrschende SARS-CoV-2-Variante zu charakterisieren oder um Infektionsketten detailliert nachzuverfolgen.
Meta-Omics-Analyse: Sequenzanalysen von Mischproben
Neben Gesamtgenomsequenzierungen führt das NGS-Labor Sequenzanalysen von Mischproben z.B. aus dem Lebensmittel- und Umweltbereich durch (Metagenomics). Nach rechnergestützten Analysen können Untersuchungen im Lebensmittelbereich Rückschlüsse auf die Authentizität dieser Lebensmittel liefern.
Bei diversen Umweltproben können Einblicke zur Anpassungen einzelner Organismen bzw. hochkomplexer biologischer Gemeinschaften als Antwort auf umweltbedingte Faktoren gewonnen werden. Mittels data mining können annotierte Metagenome analog zu Genomen anhand ihres genetisch und funktionalen Potenzials qualitativ und quantitativ untersucht werden (z.B. Enzyme, Toxine, Resistenzen). Darüber hinaus kann mittels der Metagenompipeline bei NGS@HU die Biodiversität von assemblierten NGS-Datensätzen bis auf Speziesebene aufgeschlüsselt und charakterisiert werden.
