BALTIMORE – Le géant chinois du séquençage BGI a développé une technologie de transcriptomique spatiale à l’échelle du génome qui promet une résolution unicellulaire, une sensibilité élevée et un large champ de vision qu’il envisage de commercialiser.
Dans quatre études distinctes publiées dans : Cellule et cellule de développement : cette semaine, les scientifiques de BGI-Research et leurs collaborateurs ont présenté la force de la technologie en construisant des cartes transcriptomiques spatio-temporelles de souris en développement, Drosophile :poisson zèbre et : Arabidopsis :.
La société a également dévoilé le SpatioTemporal Omics Consortium (STOC), une initiative de recherche mondiale visant à promouvoir des outils multiomiques pour propulser la compréhension de la biologie spatio-temporelle.
Baptisée séquençage omiques à résolution améliorée spatiale, ou Stereo-seq, la méthode de profilage spatial de l’ARN de BGI associe la technologie de séquençage de réseau de nanobilles d’ADN (DNB) exclusive à la société avec sur place : Capture d’ARN, a déclaré Ao Chen, scientifique en chef de BGI-Research en omique spatio-temporelle qui a co-inventé la technologie. Selon Chen, Stereo-seq a été conçu à l’origine en 2019 dans le but de développer la technologie de séquençage existante de l’entreprise pour les applications monocellulaires et omiques spatiales.
Il existe des méthodes de séquençage de l’ARN à partir de tissus, a déclaré Chen, mais celles-ci s’accompagnent souvent de limitations. Par exemple, le séquençage d’ARN en vrac, qui profile l’ARN à travers le tissu, ne peut pas fournir d’informations spatiales ou atteindre une résolution unicellulaire du transcriptome. Pendant ce temps, le séquençage de l’ARN unicellulaire, comme son nom l’indique, peut descendre jusqu’au niveau cellulaire mais n’a pas la composante spatiale.
Technologies de profilage d’ARN capables de fournir des détails spatiaux, y compris la fluorescence : sur place : méthodes basées sur l’hybridation (FISH), la microdissection par capture laser (LCM) ou d’autres méthodes existantes sur place : Approches de capture d’ARN – ont tendance à souffrir d’autres limitations, a déclaré Chen, telles que la capacité limitée de ciblage de l’ARN, l’incapacité d’atteindre une résolution unicellulaire ou la couverture d’un petit champ de vision au niveau du millimètre.
En revanche, a-t-il déclaré, le Stereo-seq de BGI peut non seulement atteindre une résolution subcellulaire de 500 nanomètres, mais également offrir une vue panoramique au centimètre près.
Chen a déclaré que le flux de travail Stereo-seq commence généralement par la cryo-section du tissu cible en couches d’environ 10 microns, qui ont une épaisseur d’environ une seule cellule. Chaque couche est ensuite placée sur la puce Stereo-seq, qui est imprégnée de centaines de millions de nanobilles d’ADN à code-barres aléatoires et pré-séquencées pour décoder les coordonnées spatiales pour sur place : Capture d’ARN. Ensuite, les ADNc sont synthétisés par transcription inverse et récoltés pour une amplification supplémentaire et la construction d’une bibliothèque. Finalement, la banque d’ADNc est séquencée et analysée pour révéler le transcriptome spatialement résolu.
“Avec Stereo-seq, il est désormais possible de vraiment profiler l’embryon entier”, a déclaré Longqi Liu, scientifique en chef de BGI pour les omiques unicellulaires, qui a co-inventé Stereo-seq. Dans peut-être le plus important: papier: sur les quatre études que la société et ses collaborateurs ont publiées cette semaine, l’équipe de Liu a utilisé Stereo-seq pour profiler spatialement le transcriptome de 53 coupes sagittales d’embryons de souris de 9,5 à 16,5 jours, une période où le développement embryonnaire se produit au rythme le plus rapide .
Pour démontrer la haute sensibilité de Stereo-seq, l’équipe a également produit une série de cartes haute résolution montrant l’emplacement de 281 377 cellules segmentées tout en identifiant une moyenne de 1 107 identificateurs moléculaires uniques (UMI) et 529 gènes pour chaque cellule.
Avec les données qu’ils ont générées, les scientifiques du BGI ont pu reconstituer un atlas transcriptomique spatio-temporel de l’organogenèse de la souris, offrant une fenêtre sur le paysage transcriptionnel jusqu’au niveau de la cellule unique pour aider à comprendre le développement des organes vitaux, selon Liu.
Pour explorer davantage l’utilité de Stereo-seq pour la recherche sur les maladies, l’équipe de Liu a exploité l’atlas de l’organogenèse de la souris pour éclairer la genèse de certaines maladies génétiques des mammifères. Le groupe s’est concentré sur le syndrome de Robinow, une malformation congénitale qui peut entraîner une fente labiale et palatine ainsi qu’un essoufflement des membres. Bien que les scientifiques sachent que la maladie est causée par des mutations dans : WNT5A :une cytokine régulant : Wnt : voie de signalisation, le mécanisme exact reste quelque peu flou. Liu et ses collaborateurs ont suivi l’expression du gène dans les embryons de souris et observé une expression élevée dans les lèvres et les orteils, dévoilant la fenêtre spatio-temporelle du développement de la maladie.
“Je pense que l’une des forces qui : [the BGI team] démontré est cette collecte de données à très grande échelle “, a déclaré Fei Chen, membre de l’institut central du Broad Institute du MIT et de Harvard. Après avoir dirigé les efforts pour inventer Slide-seq :une technologie à base de billes d’ADN à code-barres qui vise également à profiler l’expression d’ARN à l’échelle du génome à haute résolution spatiale, Fei Chen a déclaré que le concept sous-jacent de Stereo-seq de BGI est similaire à celui de nombreuses autres technologies de capture d’ARN spatiales en ce qu’il déploie également une sorte de pixels à code-barres pour capturer spatialement les acides nucléiques du tissu.
Pourtant, Fei Chen a expliqué ce qui distingue l’approche BGI, à en juger par : Cellule: étude, est que la technologie a un champ de vision “extrêmement large” obtenu grâce à la taille “assez impressionnante” de la matrice. Selon l’article, les puces Stereo-seq ont jusqu’à présent des tailles allant de 50 mm :2 : à 174,24 cm :2 :. En outre, il a loué la capacité de la méthode à améliorer le rendement de capture sans compromettre la résolution, ce qui, selon lui, est l’un des pièges du domaine.
Cependant, Fei Chen a noté que la zone de tissu améliorée entraînera presque toujours des coûts de séquençage plus élevés, un inconvénient potentiel pour Stereo-seq.
De plus, la technologie de séquençage DNB de BGI n’est pas disponible dans certaines parties du monde, y compris les États-Unis :. A cet aspect, Féi : Chen a déclaré qu’il n’est actuellement pas clair dans quelle mesure la technologie Stereo-seq sera accessible aux chercheurs du monde entier une fois qu’elle sera commercialisée.
La filiale d’instrumentation de BGI, MGI Tech, a déclaré en mars qu’elle serait en mesure de commercialiser des produits basés sur sa technologie CoolMPS à partir d’août de cette année.
Dernièrement:Fei Chen a déclaré que la quantité de données générées par la technologie nécessitera des ressources informatiques importantes, ainsi que de nouveaux outils d’analyse.
Le scientifique en chef de la bioinformatique de BGI, Yuxiang Li, a convenu que la technologie Stereo-seq pousse la transcriptomique spatiale à devoir faire face à “un véritable problème de données volumineuses, qui n’a jamais été vu auparavant”.
Pour faire face, a déclaré Li, la société a développé deux pipelines bioinformatiques, Stereo-seq Analysis Workflow (SAW) et Stereopy, qui répondaient tous deux aux besoins informatiques de Stereo-seq. Alors que SAW se concentre sur la génération de profils d’expression génique à partir des fichiers de données brutes, Stereopy gère principalement l’analyse en aval, a déclaré Li, ajoutant que la société développe davantage d’outils pour le regroupement des cellules, le débruitage des données, le regroupement des cellules, l’annotation et la reconstruction 3D.
En termes d’accessibilité, bien que la technologie ne soit pas encore disponible sur le marché, Ao Chen a déclaré que BGI a déjà mis Stereo-seq à la disposition de centaines de chercheurs à travers le monde dans le cadre de collaborations académiques, notamment via l’initiative STOC.
Lancé par BGI en tant que collaboration scientifique ouverte pour améliorer la compréhension des interactions cellulaires, le consortium a déjà attiré des scientifiques d’institutions telles que l’Université de Harvard, l’Université d’Oxford, le MIT, l’Université de Cambridge, le Karolinska Institute et le Genome Institute of Singapour.
Selon Ao Chen, BGI prévoit de favoriser les collaborations mondiales autour de Stereo-seq de trois manières. Celles-ci incluent la création de laboratoires de démonstration dans le monde entier – en particulier aux États-Unis, en Europe, en Australie et à Singapour – auxquels les collaborateurs peuvent envoyer leurs échantillons pour traitement. En outre, il a déclaré que la société était disposée à aider les collaborateurs à créer leurs propres laboratoires Stereo-seq, où BGI peut fournir un support réactif et logiciel. Enfin, Ao Chen a déclaré que la société pouvait partager des données Stereo-seq avec des chercheurs du monde entier, permettant aux scientifiques d’utiliser les données pour déchiffrer la biologie derrière les séquences.
De même, Ao Chen prévoit qu’une fois que Stereo-seq sera commercialisé, il sera proposé à la fois en tant que service et instrument, tout comme la technologie de séquençage de l’entreprise. Il a noté que BGI développe actuellement une plate-forme automatisée pour Stereo-seq, bien qu’il n’ait pas divulgué de calendrier de commercialisation spécifique.
En attendant, il reste à voir comment Stereo-seq jouera sur le marché de plus en plus concurrentiel de l’omique spatiale, rempli par des acteurs tels que Technologies NanoString : et: 10x Génomique :.
Bien que les scientifiques de BGI aient estimé dans le : Cellule: papier que la puce de capture DNB actuelle coûte environ 220 RMB, soit environ 35 $, par millimètre carré, Ao Chen a reconnu que le coût de la technologie est actuellement « encore trop élevé », ajoutant que pour que Stereo-seq soit largement adopté, une réduction de prix d’au moins 50 % serait souhaitable.
En ce qui concerne le délai d’exécution, Ao Chen a déclaré qu’un flux de travail typique de Stereo-seq prend normalement moins d’une semaine, de la préparation de l’échantillon à l’analyse. Il a déclaré que BGI a également conçu un modèle Stereo-seq à haut débit, dans lequel les bibliothèques d’ADNc en aval de différents échantillons peuvent être regroupées et séquencées ensemble, permettant à l’entreprise de traiter des centaines d’échantillons par mois.
À l’avenir, Ao Chen a déclaré que la société prévoyait de continuer à optimiser la technologie Stereo-seq, en plus d’améliorer son coût. Plus précisément, il a déclaré que BGI travaillait à améliorer encore la résolution pour permettre aux chercheurs de définir les limites cellulaires avec plus de précision. De plus, a-t-il déclaré, la société vise à obtenir des capacités multiomiques pour Stereo-seq en intégrant le profilage génomique, épigénomique et protéomique sur une seule puce.
En plus des organismes modèles étudiés dans les études publiées cette semaine, Liu a déclaré que les scientifiques de BGI et leurs collaborateurs ont également testé Stereo-Seq sur le cerveau de singe, ce qui nécessite une plus grande taille de puce. Plus important encore, a-t-il déclaré, la société se prépare à appliquer la technologie à des échantillons humains cette année, tels que des tissus cancéreux, dans le but ultime de dévoiler les interactions cellule-cellule ainsi que les paysages spatiaux cellulaires dans le contexte de la maladie humaine, développement, et évolution.
“Stereo-Seq ouvre une nouvelle ère dans les sciences de la vie”, a déclaré Liu. “Dans le futur, il y a beaucoup de possibilités.”