I primi sequenziatori della Facility di Genomica

La scorsa settimana i primi sequenziatori della Facility di Genomica sono stati consegnati e installati al primo piano dell’Incubator Lab 1.

Clelia Peano è la nuova Senior Manager of High-Throughput Sequencing Operations e le abbiamo fatto qualche domanda su questo nuovo, importante sviluppo del nostro campus.

Qual è lo scopo della Facility di Genomica?

La Facility di Genomica è una delle sei facility principali di Human Technopole, un’infrastruttura strategica per l’implementazione della nostra missione e dei nostri progetti. La Facility di Genomica lavorerà al servizio di tutti i centri di ricerca di HT permettendo lo sviluppo di progetti su ampie coorti di pazienti e di analisi a livello di singola cellula. Sarà così possibile analizzare diverse tipologie di campioni con un elevato livello di sensibilità e specificità.

A regime, la Facility sarà in grado di fornire servizi innovativi e all’avanguardia in diverse linee di ricerca Genomica, Transcrittomica, Epigenomica e Metagenomica.

Che cos’è il Next Generation Sequencing e come funziona?

Per sequenziamento di nuova generazione (Next Generation Sequencing, NGS) si intende l’insieme delle tecnologie di sequenziamento degli acidi nucleici che hanno in comune la capacità di sequenziare, in parallelo, milioni di frammenti di DNA. La tecnologia NGS ha rivoluzionato le scienze biologiche, consentendo la realizzazione di progetti mirati allo studio dei sistemi biologici a livelli prima inimmaginabili.

Il Next Generation Sequencing permette la produzione di enormi quantità di dati di sequenziamento ed è molto meno costoso ed estremamente più veloce rispetto al tradizionale sequenziamento Sanger. Ad esempio, alcuni sistemi di sequenziamento consentono la generazione di dati in un range che può andare da 300 kilobasi fino a 3-6 terabasi in una singola corsa di sequenziamento.

La tecnologia di sequenziamento di nuova generazione ha cambiato radicalmente il tipo di domande che gli scienziati si possono porre e a cui possono rispondere. Le svariate possibilità di preparazione dei campioni e di analisi dei dati consentono un’ampia gamma di applicazioni. Ad esempio:

• il sequenziamento rapido di interi genomi;
• il sequenziamento dell’RNA (RNA-Seq) per scoprire nuove varianti di splicing o per l’analisi del profilo di espressione genica;
• l’analisi di fattori epigenetici coinvolti nella regolazione della trascrizione o nella modificazione della struttura della cromatina;
• il sequenziamento di pannelli di geni o trascritti associati alla predisposizione o sviluppo di determinate patologie;
• il sequenziamento di campioni tumorali per l’analisi di varianti germinali e somatiche;
• l’identificazione di nuovi agenti patogeni;
• l’analisi del microbioma.

Il flusso di preparazione dei campioni per il sequenziamento prevede tre passaggi principali:

1. Preparazione della libreria: Il campione di DNA viene preparato attraverso un processo di frammentazione casuale. Ai frammenti così ottenuti vengono aggiunte delle sequenze predefinite (note come ‘adattatori’ o adaptors) che sono necessarie per ancorare e immobilizzare i frammenti al supporto sul quale avrà luogo la reazione di sequenziamento. I frammenti di DNA così preparati tramite l’aggiunta degli adattatori costituiscono la cosiddetta libreria di sequenziamento (sequencing library). I frammenti legati agli adattatori vengono quindi amplificati mediante PCR e purificati.

2. Generazione di cluster: La libreria di sequenziamento viene denaturata e caricata in una cella a flusso (FlowCell) per la generazione dei cluster, sulle superfici della FlowCell sono presenti oligonucleotidi complementari agli adattatori inseriti alle estremità dei frammenti della libreria di sequenziamento, in questo modo la libreria di sequencing si ibrida sulle superfici della FlowCell. Avviene a questo punto un’amplificazione clonale dei frammenti sulla superficie tramite reazione di PCR a ponte e si ha così la generazione di micioni di clusters di molecole. Al termine della generazione dei cluster si procede con la reazione di sequenziamento.

3. Sequenziamento: Il metodo di sequenziamento utilizzato viene definito Sequencing-By-Synthesis poiché si basa sull’attività della DNA polimerasi che, partendo da un primer di sequenziamento, aggiunge un nucleotide alla volta in modo da avere una lettura complementare ad uno specifico frammento ibridato sulla FlowCell. Ogni nucleotide è contrassegnato da molecole fluorescenti diverse che emettono luce in lunghezze d’onda differenti, l’emissione di fluorescenza derivante dall’incorporazione di ciascun nucleotide viene rilevata da una telecamera presente all’interno del sequenziatore, registrata dal software dello strumento e associata al nucleotide corrispondente da qui si deriva la sequenza del frammento di DNA.

Quale è il tuo ruolo all’interno della Facility?

In qualità di Senior Manager of High-Throughput Sequencing Operations, mi occuperò della messa a punto e dell’implementazione di tutti i servizi e le applicazioni di sequenziamento in modo da rendere il team e la Facility di Genomica pienamente operativi in tutte le aree di ricerca genomica entro due anni.

Mi occuperò quindi di coordinare il team della Facility di Genomica e di interagire con i ricercatori del Centro di Genomica e di Neurogenomica per supportarli nella pianificazione e realizzazione di esperimenti di sequenziamento. Sarò responsabile dei laboratori e della strumentazione della Facility di Genomica e dell’implementazione delle più innovative tecnologie di sequenziamento all’interno della struttura.

Sei arrivata in HT da poco – benvenuta! Come è andata finora?

Il mio primo mese in HT è stato molto emozionante, ho avuto l’opportunità di conoscere tanti nuovi colleghi e di iniziare a lavorare all’allestimento della Facility di Genomica sin dalle primissime fasi, con l’installazione dei primi strumenti e le attività di team building.

Ad oggi le mie impressioni sono molto positive: le persone sono entusiaste e gentili ed è evidente che tutti lavorano per gli stessi obiettivi, condividendo una visione comune. Sono certa che andrà tutto per il meglio e potremo presto iniziare a fare della buona scienza tutti insieme.