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Desde métodos masivos y unicelulares hasta métodos espaciales y multiómicos, los avances en la secuenciación y la investigación ómica se están acelerando a un ritmo apasionante. La secuenciación de próxima generación (NGS) proporciona a investigadores de diversos campos científicos la capacidad de lanzar una amplia red y explorar vías y procesos biológicos complejos. Con NGS, los científicos pueden adoptar un enfoque no específico, generando datos de muchos loci genéticos a la vez.
Este descubrimiento abierto permite a los investigadores ver detalles que pueden pasarse por alto en enfoques específicos que analizan un gen a la vez. A pesar de este beneficio, los aspectos técnicos de la preparación de la biblioteca y el análisis de datos pueden resultar abrumadores para los investigadores nuevos en NGS. Anteriormente, los altos costos de secuenciación, la falta de experiencia y los enormes volúmenes de datos se consideraban barreras de entrada.1 Con el tiempo, estas barreras han disminuido gracias a la reducción de costos y la optimización de los flujos de trabajo y los procesos bioinformáticos.1-3 Además, se han implementado a nivel mundial numerosas instalaciones académicas centrales de NGS y proveedores de servicios comerciales para apoyar a los investigadores en sus viajes a NGS. Este acceso a equipos y experiencia centralizados hace que NGS sea más accesible para los investigadores nuevos en el método.
Apoyo a los científicos que se sumergen en NGS
En lugar de ingresar solos al mundo NGS, los científicos pueden llevar sus experimentos a una instalación central y recibir orientación experta. “Nuestro lema principal es reducir las barreras a las tecnologías genómicas. Eso significa que, sea cual sea el punto en el que se encuentre su conocimiento de genómica, queremos estar allí para ayudarle”, dijo Ann Tate, directora de proyecto de la Instalación de Regulación Transcripcional y Expresión Genética (TREx) en el Centro de Recursos Biotecnológicos (BRC) de Cornell. Universidad.
Según Tate, la experiencia previa en secuenciación no es importante al iniciar un proyecto NGS con una instalación central. Algunos investigadores pueden simplemente entregar sus muestras y esperar los resultados, mientras que otros optan por adoptar un enfoque práctico, colaborando con los miembros principales desde el inicio de su proyecto.
“Queremos ser un espacio de creación donde la gente pueda entrar, colaborar con nosotros, recibir capacitación, tener acceso a reactivos y, de hecho, hacer despegar sus proyectos hasta el punto en que tengan datos publicables”, dijo Adrian McNairn, el biólogo principal del Centro de Innovación en Genómica del BRC. Desde nuevos estudiantes de posgrado que carecen de experiencia práctica hasta profesores titulares que prueban la bioinformática por primera vez, los investigadores pueden trabajar codo a codo con los miembros principales de NGS que utilizan su experiencia para adaptar tecnologías a preguntas de investigación específicas, capacitar a científicos en las mejores prácticas de secuenciación y hacer que el análisis de datos sea más accesible.
Las instalaciones centrales y los proveedores de servicios comerciales democratizan NGS para que todos los científicos puedan acceder a esta poderosa tecnología. Trabajar con un núcleo que cuenta con equipos como secuenciadores, incubadoras y analizadores de fragmentos brinda acceso de una manera que ya no tiene un costo prohibitivo. “Un ejemplo de un proyecto interesante que hice con alguien que ahora tiene acceso… son las alas de mariposa iridiscentes”, dijo Tate. “Estábamos secuenciando células de alas de mariposa. Hace cinco años, eso les habría resultado prohibitivo”. Además, las muestras de especies menos estudiadas pueden requerir cambios en los reactivos, flujos de trabajo o análisis de datos existentes, que los miembros principales ayudan a personalizar gracias a su profundo conocimiento de NGS. “Hemos visto de todo, desde ojos de tiburón hasta espuma de estanque, brócoli y coliflor”, afirmó Tate.
Un enfoque práctico y experto también es clave al procesar muestras, crear bibliotecas y analizar datos. Mientras McNairn trabaja con investigadores, evalúa la calidad de sus muestras en cada paso del camino. “Dado que hemos trabajado con ellos durante todo el proceso, podemos regresar y solucionar los problemas en las áreas que sabemos que tal vez salieron mal”, dijo McNairn. Además del apoyo en las instalaciones, los miembros principales facilitan las conexiones entre los investigadores y otros recursos en el campus para ayudar con proyectos que pueden estar fuera de la experiencia del núcleo.
El enfoque holístico que sigue un proyecto desde su inicio hasta su finalización es un beneficio importante de trabajar con un laboratorio central. Al recibir soporte personalizado y experto, incluso los principiantes en NGS pueden abordar grandes temas de investigación con confianza. “Ahora es el momento de empezar porque el costo es correcto y porque tenemos mucha experiencia en nuestro haber”, dijo Tate. “Realmente podemos facilitar cualquier experimento genómico que desee”.
NGS para todos
Capacitación en laboratorio húmedo para un experto en bioinformática
Algunos investigadores pueden ser expertos en un área de NGS, pero necesitan apoyo en otra. Esto fue cierto para Connor Kean, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Andrew Grimson en la Universidad de Cornell. Kean tenía experiencia en bioinformática cuando se acercó por primera vez al núcleo de NGS en su institución, pero buscaba ayuda con la preparación de muestras y la construcción de la biblioteca.
Kean estudia cómo responde el sistema inmunológico a su entorno en constante cambio, lo que requiere explorar múltiples -omes. En particular, Kean quería explorar los epigenomas de las células en respuesta a condiciones cambiantes mediante la evaluación de patrones de metilación en todo el genoma. Debido a que no tenía objetivos claros, un enfoque NGS no dirigido que probara múltiples loci a la vez se adaptaba mejor a sus necesidades de investigación.
A Kean le preocupaba que su falta de experiencia en la preparación de muestras para la secuenciación pudiera provocar errores costosos durante su experimento de secuenciación profunda, pero preparar sus bibliotecas junto con los principales expertos alivió sus temores. “Trabajar con el laboratorio central me dio la confianza para sentirme realmente bien por no tener que invertir una gran cantidad de tiempo o dinero en algo que finalmente iba a fallar”, dijo Kean.
A través del trabajo práctico que Kean realizó con el apoyo y la capacitación del BRC, generó datos de secuenciación que analizó utilizando su propia experiencia en bioinformática. Como estuvo involucrado en cada paso del proceso, Kean confiaba en que sus datos eran de alta calidad. “Por eso quería trabajar con el laboratorio central para procesar las muestras”, dijo Kean. “Saber lo que he hecho… hace que el análisis de datos sea mucho más fácil por mi cuenta”.
Explorando la reproducción con NGS
En el laboratorio de Paula Cohen en la Universidad de Cornell, la investigadora postdoctoral Mercedes Carro y la estudiante de posgrado Amanda Touey estudian la espermatogénesis. Para comprender la regulación genética que orquesta este complejo proceso, utilizaron NGS para estudiar el ARN de múltiples tipos de células durante la espermatogénesis y delimitar objetivos para futuras investigaciones. “En mi investigación, tiene sentido utilizar enfoques no específicos porque estamos estudiando las proteínas Argonautas, que son proteínas de unión al ARN que regulan la expresión genética”, dijo Carro. “Queremos poder observar lo que está sucediendo a nivel del genoma”.
Debido a que los cambios en la expresión genética ocurren en múltiples tipos de células durante la espermatogénesis, su proyecto terminó teniendo un alcance enorme, con secuenciación de ARNm y pequeños ARN no codificantes. “La pequeña secuenciación de ARN iba a requerir mucha personalización y cosas que estaban fuera del alcance de nuestras capacidades”, dijo Touey.
Ni Carro ni Touey tenían experiencia previa en NGS, por lo que se reunieron con miembros del BRC para discutir los antecedentes del proyecto, los tipos de células y compartimentos que querían analizar y el protocolo propuesto, tras lo cual planificaron la estrategia de recolección de muestras. “Hablar hasta el fondo sobre [my] Los objetivos de NGS y que me explicaran cada paso del proceso lo hicieron más accesible para mí”, dijo Carro. “Ahora entiendo por qué es importante procesar las muestras de cierta manera y por qué tener ciertos controles [is important]. Al no tener experiencia en secuenciación, eso me ayudó a desarrollar mi confianza”.
Los expertos principales también ayudaron a los investigadores a solucionar problemas y evitar la contaminación mientras mantenían la integridad del ARN durante la recolección de muestras. Después de la secuenciación, los bioinformáticos construyeron un canal bioinformático personalizado para el pequeño análisis de ARN no codificante e informaron los datos de una manera que fuera accesible para Carro y Touey. “Su experiencia fue capaz de encontrar una población realmente nueva de ARN pequeños que no hubiéramos podido encontrar sin ellos”, dijo Touey. “Esto realmente nos abrió un área de investigación completamente nueva”.
Si bien Carro y Touey comenzaron a sentirse intimidados por NGS, la colaboración con la instalación central les enseñó nuevas habilidades que respaldarán sus futuros esfuerzos de investigación. “Definitivamente siento que mi confianza en la bioinformática ha aumentado sustancialmente”, dijo Touey. “No puedo esperar hasta poder comenzar mi próximo proyecto”.
Al colaborar con las instalaciones centrales, los investigadores nuevos en NGS obtienen capacitación y apoyo mientras abordan con confianza grandes preguntas y realizan descubrimientos importantes. Descarga el nuevo Introducción a la secuenciación de próxima generación libro electrónico de Illumina para obtener más información.
Referencias
- Ilumina. Beneficios de la resecuenciación dirigida por NGS. https://www.illumina.com/content/dam/illumina-marketing/documents/products/other/targeted-resequencing-guide-770-2016-012.pdf. Consultado el 20 de junio de 2023.
- Instituto Nacional de Investigaciones del Genoma Humano. Costos de secuenciación de ADN: datos. https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/DNA-Sequencing-Costs-Data. Consultado el 20 de junio de 2023.
- Dahlö M, et al. Seguimiento de la revolución NGS: gestión de la investigación en ciencias biológicas en clústeres informáticos compartidos de alto rendimiento. Gigaciencia. 2018;7(5):giy028.