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Polo GGB offre servizi di sequenziamento basati su tecnologia Sanger ed NGS (short e long reads).
Il centro di servizi e ricerca del Polo GGB, equipaggiato con tecnologie all’avanguardia e supportato da un gruppo di esperti professionisti, è impegnato nell’offrire un servizio completo: design sperimentale, isolamento degli acidi nucleici, preparazione delle librerie, sequenziamento e, se richiesta, analisi bioinformatica, fornendo risultati di alta qualità oltre a servizi personalizzati per specifiche richieste.
Il Laboratorio di Genomica di Polo GGB ha sede a Siena presso il bio–incubatore della Fondazione Toscana Life Science.
Questa struttura fornisce servizi di sequenziamento di nuova generazione (NGS) con strumentazione Illumina e Oxford Nanopore Technologies e servizi di bioinformatica per le applicazioni nei settori della: Genomica, Metagenomica e Trascrittomica, sia in ambito di ricerca che clinico/diagnostico.
Il team del laboratorio di genomica ha sviluppato negli anni le competenze necessarie per supportare i clienti nella scelta del servizio più adeguato alle loro esigenze.
Sede:
c/o Toscana Life Sciences
Strada del Petriccio e Belriguardo 35, 53100 SIENA
Referente:
Rosa Giglio ~ r.giglio@pologgb.com
Telefono:
+39 0577 381314
+39 0577 381310
Le tecnologie di sequenziamento di nuova generazione (NGS) hanno la capacità di sequenziare il DNA in tempi rapidi e ad altissima risoluzione. Sequenziare l’intero genoma di un organismo permette di svelare la grande complessità del corredo genomico in termini di singole nonché uniche varianti genetiche.
Polo GGB applica elevati standard di qualità per soluzioni di genomica complete che spaziano dalla progettazione di esperimenti di sequenziamento alla costruzione di mirate librerie di arricchimento e analisi bioinformatiche personalizzate, fornendo così ai ricercatori l’accesso a tecnologie all’avanguardia nel campo della genomica.
Il servizio di sequenziamento di Polo GGB è caratterizzato da flessibilità e da soluzioni personalizzate per il sequenziamento e per le analisi bioinformatiche specificamente adattate alle esigenze del cliente.
Il sequenziamento dell’intero genoma è un processo che porta alla ricostruzione della sequenza completa del corredo genetico di un organismo dal confronto con le sequenze di un genoma di riferimento noto.
Il sequenziamento di un genoma completo ha un ruolo fondamentale nell’identificare, con elevata precisione, bio-marcatori del DNA come i polimorfismi a singolo nucleotide (SNP), piccole inserzioni e delezioni (INDEL), variazioni strutturali (SV), variazioni del numero di copie (CNV) e altri riarrangiamenti genetici delle specie sequenziate. Fornisce, inoltre, il vantaggio di poter caratterizzare le varianti polimorfiche in una popolazione, svelando i meccanismi che sottostanno all’origine delle specie, allo sviluppo, alla crescita e all’evoluzione. Infine, offre uno strumento indispensabile per studi di associazione genome-wide (GWAS), in cui vengono valutate le varianti genetiche che sono comuni in svariati individui appartenenti alla stessa specie al fine di associare le differenze osservate con alcuni tratti particolari, ad esempio una malattia.
Il sequenziamento dell’intero genoma umano fornisce la raccolta più completa delle singole varianti genetiche di un individuo, consentendo di scoprire potenziali correlazioni con determinate patologie. Oltre al sequenziamento del genoma umano, Polo GGB è in grado di offrire un servizio di sequenziamento del genoma di una vasta gamma di specie tra cui piante, animali, insetti, funghi, batteri e virus.
Per la preparazione delle librerie, Polo GGB offre, oltre a librerie standard, anche librerie mate-pair fondamentali in presenza di organismi per i quali è necessario eseguire un sequenziamento de-novo.
La combinazione dei dati generati dal sequenziamento di librerie mate-pair con quelli generati da librerie standard fornisce un potente strumento per il sequenziamento de novo, per la rifinitura del genoma e per l’identificazione di complessi riarrangiamenti genomici.
L’analisi bioinformatica del Polo GGB per il sequenziamento del genoma intero include il controllo di qualità dei dati grezzi, la rimozione delle sequenze tecniche e, se necessario, il taglio / filtraggio di basi / sequenze di bassa qualità.
Se è disponibile un genoma di riferimento: mappatura delle sequenze al genoma di riferimento e rimozione delle sequenze duplicate. Alternativamente: assemblaggio del genoma De novo.
A livello superiore l’analisi bioinformatica comprende: Identificazione delle varianti genetiche (SNVs, short INDEL) e delle varianti strutturali (SVs).
Il sequenziamento del genoma microbico completo permette una valutazione integrale di tutte le caratteristiche genetiche di un batterio o di un virus isolato. È una metodica fondamentale per una precisa identificazione, permette la creazione di genomi di riferimento e studi genomici comparativi per l’identificazione di varianti a bassa frequenza e riarrangiamenti del genoma.
La generazione di una precisa e corretta ricostruzione del genoma è indispensabile per rilevare mutazioni a bassa frequenza e le delezioni e le inserzioni tra i ceppi microbici e virali. Il sequenziamento shotgun de novo batterico dell’intero genoma ha una vastità di applicazioni tra cui la genomica comparativa, che confronta la sequenza con quella di un riferimento noto e rivela importanti differenze nella composizione e nell’organizzazione del genoma, facilitando l’analisi di geni funzionali coinvolti in importanti processi biologici.
I funghi svolgono un ruolo fondamentale nell’ambiente attraverso la decomposizione di materiale organico e attraverso le relazioni simbiotiche con procarioti, piante e animali. Le informazioni genomiche sui funghi possono aiutare i ricercatori a studiare i principali geni e le proteine fungine per rivelare le loro funzioni specifiche e prevedere le vie metaboliche. Il sequenziamento dei genomi fungini ha notevolmente ampliato la comprensione della diversità genetica, fisiologica ed ecologica di questi organismi e ha intensificato la ricerca nel campo della scienza medica, delle scienze agrarie, dell’ecologia, del bio-risanamento, della bioenergia e dell’industria biotecnologica.
Il servizio di analisi bioinformatica per il sequenziamento del genoma intero microbico e fungino del Polo GGB comprende l’assemblaggio de novo, la mappatura al genoma di riferimento, l’annotazione del genoma (previsione di geni patogeni e di suscettibilità, predizione di CRISPR non predittiva dell’RNA), l’annotazione funzionale, (COG / GO / KEGG), l’identificazione di SNP / INDEL e l’analisi genomica comparativa.
RICOSTRUZIONE DEL GENOMA MICROBICOIDENTIFICAZIONE E ANNOTAZIONE DI SNP/INDELIl sequenziamento dell’esoma, ovvero di quella parte del nostro genoma che fornisce istruzioni all’organismo per codificare le proteine, più propriamente detti esoni, rappresenta una piccola percentuale dell’intero genoma, circa 1,5%. Il metodo per sequenziarli è noto come sequenziamento dell’intero esoma e offre uno sguardo particolareggiato nel genoma per indagare la presenza di mutazioni rare.
Poiché le mutazioni più note che causano la malattia si verificano negli esoni, il sequenziamento dell’intero esoma è un metodo efficiente e conveniente per identificare possibili mutazioni che causano una malattia.
Polo GGB fornisce il sequenziamento dell’intero esoma mediante sonde di cattura di campioni umani e di campioni murini.
Il servizio di analisi bioinformatica del Polo GGB per il sequenziamento dell’Esoma Completo è eseguito secondo le linee guida dell’Istituto Broads per la ricerca delle varianti geniche con GATK e include: Controllo di qualità dei dati grezzi, la rimozione delle sequenze tecniche, l’allineamento degli esoni al genoma di riferimento (GRCh37), la rimozione di duplicati, la calibrazione degli indici di qualità (modello empirico basato sul dataset dbSNP e 1000Genomes), l’identificazione della variante candidata con HaplotypeCaller, la genotipizzazione su tutti i campioni per migliorare la sensibilità, il calcolo di un punteggio di qualità per le varianti geniche identificate al fine di migliorare la specificità (modello empirico basato su dataset dbSNP, HapMap e 1000Genomes).
ANALISI DELL’ESOMA COMPLETOIDENTIFICAZIONE E ANNOTAZIONE DI SNP/INDELIl sequenziamento di specifiche regioni del genoma completo è un approccio efficiente per lo studio di regioni di interesse mediante sequenziamento di nuova generazione. Questo metodo permette un sequenziamento ad elevata profondità (coverage) e accurato delle regioni selezionate abbassando notevolmente la percentuale di sequenziamento di regioni fuori target. Il sequenziamento mirato di precise regioni genomiche è una scelta economica in presenza di grandi quantità di campioni, riducendo significativamente il costo di sequenziamento per singolo campione.
Il servizio di sequenziamento di specifiche regioni del genoma completo comprende la progettazione di sonde o di primer, l’arricchimento mirato per la cattura delle regioni genomiche selezionate, la frammentazione del DNA o dell’amplicone, il sequenziamento a doppio filamento (PE) e l’analisi bioinformatica delle sequenze bersaglio.
Utilizzando pannelli di sequenziamento mirati, è possibile scoprire SNP, piccoli inserzioni / delezioni (INDEL), variazioni del numero di copie (CNV) e riarrangiamenti genici con elevata sensibilità e specificità, consentendo il rilevamento accurato delle varianti rare.
L’analisi bioinformatica del Polo GGB per il sequenziamento di specifiche regioni del genoma completo include la generazione di file intermedi FASTQ, il controllo di qualità del sequenziamento Q30, l’allineamento delle sequenze generate al genoma di riferimento e l’analisi delle varianti geniche per le regioni di interesse.
ANALISI DI SPECIFICHE REGIONI GENOMICHE
La trascrittomica è lo studio dell’espressione genica cellulare in specifiche condizioni che permette di classificare il trascrittoma cioè l’insieme completo di trascritti di RNA, inclusi mRNA e RNA non codificanti.
La trascrittomica, oltre a permettere l’analisi dell’intero trascrittoma di un organismo, consente di analizzare con elevata risoluzione i trascritti da singole cellule.
Questa piattaforma permette la determinazione dell’abbondanza relativa di trascritti, l’identificazione di eventi di splicing alternativi e di individuare eventuali modifiche dell’RNA post-trascrizionale, oltre all’identificazione di polimorfismi a singolo nucleotide (SNP).
I dati ottenuti sono estremamente utili perché forniscono importanti informazioni sull’attività trascrizionale non solo di un organismo ma anche delle singole cellule, che sono fondamentali per la ricerca in ambito biologico, medico, clinico e farmaceutico, e per la scoperta e lo sviluppo di farmaci.
Nello studio della trascrittomica, l’RNA totale viene prima isolato da un campione, quindi la preparazione della libreria può comportare diversi passaggi come l’arricchimento di mRNA basato su poly(A) o l’arricchimento dell’RNA dopo la deplezione dell’RNA ribosomiale. La scelta della libreria dipende dalla necessità di analisi, in particolare se lo studio è incentrato sugli RNA codificanti la scelta opportuna è una libreria Poly-(A); se invece l’interesse è incentrato sugli RNA non codificanti è bene preferire una libreria che preveda la deplezione dell’RNA ribosomiale.
Infine, lo studio del trascrittoma di singole cellule prevede l’indicizzazione delle singole cellule con due approcci principali: la microfluidica, in cui le cellule sono isolate in droplets e indicizzate con specifici barcode; e lo “split-and-pool”, durante il quale una serie di quattro barcodes unici vengono legati casualmente a ciascuna cellula, permettendone l’identificazione univoca in fase di analisi.
La tecnologia di sequenziamento dell’RNA di una singola cellula (scRNA-seq) è diventata la procedura standard per studiare la diversità e la complessità dei trascritti di RNA all’interno delle singole cellule, consentendo di determinare la composizione dei diversi tipi di cellule e le funzioni all’interno di tessuti/organi altamente organizzati. Quindi il scRNA-seq rappresenta un potente strumento per studiare la biologia cellulare a una risoluzione senza precedenti, consentendo la caratterizzazione dell’eterogeneità cellulare, l’identificazione di tipi di cellule rare ma significative e l’esplorazione delle comunicazioni e delle interazioni cellula-cellula. Numerose pipeline e metodi sono state sviluppate per analizzare efficacemente i dati trascrittomici a livello di singola cellula, superando i limiti dovuti alla variabilità tecnica, alla bassa abbondanza di alcuni tipi di cellule e alla presenza di diversi tipi di cellule. I dati generati permettono di eseguire un’ampia gamma di analisi a valle, come l’annotazione delle cellule, in cui queste vengono classificate in tipi di cellule e stati cellulari distinti, e l’integrazione dei risultati tra pazienti e/o a seguito di specifici trattamenti. Inoltre, la deduzione della comunicazione cellula-cellula basata sull’espressione di geni che codificano ligandi e recettori è un altro aspetto importante dell’analisi dei dati scRNA-seq.
Polo GGB offre servizi di scRNA-Seq con due principali approcci: microfluidica e “split and pool”. Per quest’ultimo, il Polo GGB è provider italiano della tecnologia Parse Bioscience.
Il sequenziamento di nuova generazione (NGS) ha dimostrato essere uno strumento impareggiabile per lo studio delle diverse comunità microbiche associate all’ambiente e all’ospite, contribuendo a generare nuovi set di dati per estrarre informazioni sulla composizione e le proprietà funzionali di un numero elevato di comunità microbiche.
Le applicazioni di NGS nella dettagliata identificazione di comunità microbiche includono il sequenziamento di ampliconi (in genere sequenziamento di rRNA 16S per batteri e sequenziamento di rRNA / ITS 18S per funghi), il sequenziamento shotgun di tutto il metagenoma, la tipizzazione del genoma microbico e il sequenziamento dell’intero genoma microbico, che può aiutare a rispondere alle domande “chi è presente nella comunità”, “cosa potrebbero fare” e “come interagiscono questi microrganismi”.
L’analisi bioinformatica per il sequenziamento degli ampliconi 16S / 18S / ITS di Polo GGB include il controllo di qualità dei dati grezzi, l’eliminazione di sequenze non elaborate, la ricostruzione di ampliconi, l’identificazione dei taxa, l’analisi del microbioma per ogni singolo campione, l’analisi α- e β-diversity per gruppi di campioni.
ANALISI METAGENOMICA BASATA SU AMPLICONILa metodica shotgun si utilizza per il sequenziamento metagenomico de novo al fine di ottenere la sequenza dei genomi più abbondanti all’interno di una comunità microbica. È una tecnologia molto potente poiché permette di ottenere la totalità delle informazioni genetiche microbiche contenute in un determinato campione creando così un profilo tassonomico comunitario che può essere ulteriormente associato al profilo funzionale di linee di organismi noti e non. La metagenomica ha una vasta gamma di applicazioni in innumerevoli settori, tra cui l’industria alimentare e medica ed è la metodica principe per studi ambientali
Il servizio di analisi bioinformatica per il sequenziamento Metagenomic Shotgun di Polo GGB include il controllo di qualità dei dati grezzi, la rimozione delle sequenze tecniche, l’identificazione dei taxa, l’analisi funzionale e l’identificazione dettagliata delle specie presenti.
ANALISI METAGENOMICA SHOTGUNIl sequenziamento del genoma microbico completo permette una valutazione integrale di tutte le caratteristiche genetiche di un batterio o di un virus isolato. È una metodica fondamentale per una precisa identificazione, permette la creazione di genomi di riferimento e studi genomici comparativi per l’identificazione di varianti a bassa frequenza e riarrangiamenti del genoma. La generazione di una precisa e corretta ricostruzione del genoma è indispensabile per rilevare mutazioni a bassa frequenza e le delezioni e le inserzioni tra i ceppi microbici e virali. Il sequenziamento shotgun de novo batterico dell’intero genoma ha una vastità di applicazioni tra cui la genomica comparativa, che confronta la sequenza con quella di un riferimento noto e rivela importanti differenze nella composizione e nell’organizzazione del genoma, facilitando l’analisi di geni funzionali coinvolti in importanti processi biologici. I funghi svolgono un ruolo fondamentale nell’ambiente attraverso la decomposizione di materiale organico e attraverso le relazioni simbiotiche con procarioti, piante e animali. Le informazioni genomiche sui funghi possono aiutare i ricercatori a studiare i principali geni e le proteine fungine per rivelare le loro funzioni specifiche e prevedere le vie metaboliche. Il sequenziamento dei genomi fungini ha notevolmente ampliato la comprensione della diversità genetica, fisiologica ed ecologica di questi organismi e ha intensificato la ricerca nel campo della scienza medica, delle scienze agrarie, dell’ecologia, del bio-risanamento, della bioenergia e dell’industria biotecnologica.
Il servizio di analisi bioinformatica per il sequenziamento del genoma intero microbico e fungino del Polo GGB comprende l’assemblaggio de novo, la mappatura al genoma di riferimento, l’annotazione del genoma (previsione di geni patogeni e di suscettibilità, predizione di CRISPR non predittiva dell’RNA), l’annotazione funzionale, (COG / GO / KEGG), l’identificazione di SNP / INDEL e l’analisi genomica comparativa.
RICOSTRUZIONE DEL GENOMA MICROBICO
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