【打造梦想实验室】从零开始搭建多组学实验室

2022-11-18 13:45:07, 景辉 丹纳赫生命科学



多组学研究是目前科研与转化医学领域高度关注的研究方向。从基因组、转录组、蛋白组与代谢组入手,研究不同组学维度之间的协同作用,分析分子调控机制,可以从综合角度对各种生理与病理进程进行全面分析。


构建多组学研究实验室,需要关注不同组学研究的主流方案、应用工具、卫生及环境要点,综合规划才可以达到更好的相互交融的实验环境。然而不同的应用方向所需要的设备不尽相同,为了实现实验室的高度整合,并且符合安全管理标准,确实不是一件易事。 



今天我们简单地从不同组学的研究内容、主要应用入手,讲一讲多组学实验室设计的要点和注意事项。以下为各组学实验室从空间搭建到设备配置的详细介绍:


基因组学/转录组学

基因组学主要是研究个体基因组序列与表型之间的相关性。通过获取全基因组序列有助于进一步注释功能基因,而且通过挖掘基因组序列的个体差异和种群差异,可以发现疾病相关的特征靶标、个体进化途径等;转录组学聚焦RNA分子并研究不同的基因表达水平,以及在不同因素影响下基因表达水平的变化,由此探索分子调控的机制。同时RNA的可变剪切、修饰方式也是影响个体表型以及疾病发生的重要因素。



主要应用方向:

基因组学:全基因组测序,基因修饰,甲基化研究,基因分型,物种进化分析,基因编辑,功能基因组分析;


转录组学:基因表达谱,调控通路分析,单细胞转录组学,基因突变分析(基因融合);



应用工具:

离心机,PCR仪/qPCR仪,磁力架,金属浴/水浴锅,涡旋振荡器,超净工作台,超低温冰箱,凝胶电泳仪,真空浓缩仪,超声片段仪,核酸片段分析仪,二代测序仪;


可选工具:组织破碎研磨仪,显微镜,显微切割工具,流式细胞分选仪,自动化移液工作站; 



实验室布置:


基因组学/转录组学实验室可以按传统PCR实验室的四室进行设计:可分为试剂储存室、前处理室、反应配置/实验室、产物分析实验室,通过传递小窗进行样品不同步骤的传递。若空间有限,则尽可能考虑实验室内分区操作,并通过超净工作台设置反应配置区域,以达到前处理区域的空间分隔。



对于有细胞实验要求的场合,需要额外设置细胞实验室以保证房间清洁,避免产生污染引起细胞生长抑制或死亡。相似地,我们可以设置缓冲间进行前处理室与细胞培养室的分隔。在细胞培养室中设置超净工作台进行细胞操作,并配置常用的设备比如二氧化碳培养箱、冰箱、显微镜、离心机等。



关键注意点:

  1. 反应配置区域需与前处理区域物理分隔,避免气溶胶污染。

  2. 优质、完整的DNA片段有助于获取均一、完整的测序序列,尤其是对于DNA长度要求较高的三代测序。因此样品的冷藏储存,核酸提取操作的平稳性是关键。

  3. RNA在环境中容易产生降解,因此RNA相关实验环境需保持清洁,减少人流。可配置带有低温离心功能的离心机,保证RNA提取过程的低温离心操作。

  4. 对于细胞培养与操作,除了设置独立的细胞实验室,日常操作中应注意实验室的整洁与清洁。一些实验室细节包括超净台操作区域划分(样品区、设备区、工作区、废品区),避免频繁打开二氧化碳培养箱,使用单按键式移液器等,都可以避免引入污染。


蛋白组学/代谢组学

蛋白组学通过更精确的蛋白成份分析,有助于获得未知及已知蛋白的成份结构及蛋白水平;进一步对蛋白进行标记分析,有助于跟踪分子的功能作用以及分子间相互作用网络。代谢组学主要对生物体内代谢物进行定性和定量分析,可以揭示生物体内正在发生的过程和机制,并发现代谢物与生理病理变化的相对关系,其研究对象主要是小分子物质。



主要应用方向:

蛋白组学:蛋白质鉴定,定量蛋白质组,磷酸化蛋白质,蛋白表达,蛋白定性分析,分子互作研究;


代谢组学:非靶向代谢组学,靶向代谢组学,全靶,脂质组学,空间及单细胞代谢组学;



应用工具:

离心机,电子天平,液相色谱,三重四级串联质谱仪,TOF质谱,酶标仪,显微镜,切片仪,蛋白电泳仪;



实验室布置:


在实验室布置的方面,可以按照常规的开放式实验室进行布置。由于蛋白质组/代谢组学研究常使用到各种化学试剂,需要配置试剂架以供临时存放。用电设备最好与操作工作台划分到不同的位置,避免化学试剂漏液造成漏电或火灾。如需放置到同一工作台上,则需要在插座上方加装安全盖。


实验室工作台

(图源来自:丹纳赫中国生命科学研究院广州应用研发中心)


另外,部分的化学试剂不能够直接排放到水渠,因此需要统一进行危废液收集并由专业公司进行回收。搭建专门的危废间,需要在房间内建立通风系统,并且按区域划分固体危废与液体危废。液体危废用统一的瓶放置并于底部加装托盘防止漏液漫出。


实验室危废间

(图源来自:丹纳赫中国生命科学研究院广州应用研发中心)



注意要点:

  1. 处理蛋白组/代谢组需要经常接触不同的化学试剂进行前处理,因此需要注意化学试剂的存放。

  2. 部分化学物不能够直接排放到水渠,以免引起管道腐蚀,废弃化学物需要特定的危废房间储存并由专业公司进行回收。

  3. 实验室、试剂存放室以及危废储存室需搭建通风排风系统,设置紧急洗眼系统与紧急淋浴系统,配置灭火设备。

  4. 部分的实验比如Western blotting需要特定的设备操作,则需要额外设置特定的区域进行电泳仪器及过膜仪器的存放。同时注意室内的排风,避免缓冲液在室内挥发弥漫。


丹纳赫生命科学可提供的用于

多组学研究设备与解决方案



丹纳赫生命科学可提供多种用于多组学研究的工具,产品覆盖:实验室基础设备,包括离心机、自动化工作站等;精细样品处理与分离设备,包括显微切割系统、流式细胞分选仪;精准分析设备,包括毛细管电泳仪、质谱系统,以及液质联用质谱系统;相关试剂耗材覆盖基因组学/转录组学的NGS建库产品、CRISPR/Cas基因编辑产品、液相色谱柱等。



借助先进的产品技术,我们将解决多组学研究中的各种难点,并且协助不同的科研人员实现精细样品回收与精准的检测分析。


在基因组/转录组学研究中,Biomek i7自动化工作站可助力全流程的工作。它可以自动化完成DNA/RNA/Capture文库构建全流程,高通量批次处理,有效提高日运行通量,轻松处理具有挑战性的样本(FFPE和cfDNA),以及复杂建库。另外,其强大的多设备整合能力,帮助用户实现实验室的全流程自动化。


贝克曼库尔特 Biomek i7 自动化工作站


在蛋白组/代谢组/脂质组学研究中,SCIEX液相色谱串联质谱系列可辅助分析需求:在蛋白质组高通量发现和定量方面,通过微流液相色谱分析技术,能够将经典的纳流色谱-质谱蛋白质组分析通量提高4倍及以上,将1个样本分析时间从90-120分钟缩短到30分钟以内,适用于临床研究的大队列样本分析。使用SWATH全景蛋白质组数据采集模式,则能将生物样本中可检测到的蛋白质组信息有效采集并做后续回溯分析。


对于代谢组水平的生物标志物发现及验证方面,非靶向代谢组学采用SCIEX TripleTOF高分辨飞行时间串联质谱,可通过快速扫描对生物样本中代谢组进行非靶向分析,也可对特定目标代谢物进行高覆盖度的靶向筛查,以发现潜在的生物标志物。靶向/半靶向代谢组学以SCIEX QTRAP系统为主,兼顾目标代谢物的精准定量和可靠的定性确认,以验证和确认为目的,对临床研究队列样本进行高通量的精准定量分析。


脂质组高通量确证及定量的应用方面,将采用SCIEX QTRAP高灵敏度线性离子阱质谱系统,结合SelexION差分离子淌度技术,对生物样本中的脂质群落进行分离、定量和定性确证,能够实现13大类,1000多种脂质的定性和定量分析。


SCIEX 高分辨质谱系统


欲了解更多产品信息,

欢迎点击“阅读原文”联系我们。


  • 客服电话: 400-6699-117 转 1000
  • 京ICP备07018254号
  • 电信与信息服务业务经营许可证:京ICP证110310号
  • 京公网安备1101085018
  • 客服电话: 400-6699-117 转 1000
  • 京ICP备07018254号
  • 电信与信息服务业务经营许可证:京ICP证110310号
  • 京公网安备1101085018

Copyright ©2007-2024 ANTPEDIA, All Rights Reserved