Le domaine encombré de la transcriptomique spatiale a un nouveau concurrent. La technologie Stereo-Seq (SpaTial Enhanced REsolution Omics sequencing) de BGI-Research est entrée dans le ring avec la publication de quatre articles distincts dans Presse cellulaire : le même jour. Ces premiers atlas spatiaux panoramiques de la vie examinent la dynamique cellulaire des organismes à différents stades de développement et fournissent de nouvelles informations potentiellement importantes pour le traitement des maladies, le développement et le vieillissement, ainsi qu’une meilleure compréhension de l’évolution biologique.
La technique Stereo-Seq est publiée dans : Cellule:, dans l’article, “Atlas transcriptomique spatio-temporel de l’organogenèse de la souris à l’aide de matrices à motifs de nanobilles d’ADN.” Les trois autres études, publiées dans : Cellule de développement :décrivez l’utilisation de Stereo-Seq pour cartographier le développement : Drosophile : embryons et larves, embryogenèse du poisson zèbre et profilage du transcriptome dans : Arabidopsis : feuilles.
La société chinoise BGI-Research est l’une des trois branches du groupe BGI, avec MGI et BGI Genomics. Ao Chen, PhD, scientifique en chef de l’omique spatio-temporelle et directeur de l’institut de biochimie chez BGI-Research, a rejoint BGI-Research en 2013. Chen a passé ses premières années dans l’entreprise au sein de l’équipe qui a développé la technologie des nanobilles d’ADN (DNB-seq ) qui est utilisé dans les séquenceurs de MGI. Une partie des progrès qu’ils ont réalisés consistait à maximiser la densité des nanobilles et à développer la plus grande puce de séquençage.
Ces outils sont maintenant appliqués à l’ARN. L’équipe de Chen a transformé la puce de séquençage en puce stéréo qui peut capturer l’ARN. Les DNB portent les informations, l’emplacement et le code-barres spatial afin que chaque ARN puisse être étiqueté individuellement via le DNB.
Stereo-Seq, Chen a déclaré: GÉN :, présente deux avantages majeurs. La première est qu’ils peuvent avoir une résolution subcellulaire de 500 nanomètres qui, dit-il, est la résolution la plus élevée à ce jour. L’autre avantage est le grand champ de vision (au niveau du centimètre).
Le processus commence par les DNB à code-barres. Avant le chargement, la séquence du code-barres et l’emplacement du DNB ne sont pas connus. Après le chargement, 25 cycles de séquençage révèlent l’emplacement et les codes-barres de chaque DNB. Ensuite, du poly-T est ajouté au DNB afin que la puce soit prête à capturer l’ARN. Les lames et les réactifs sont conditionnés et envoyés sous forme de kit Stereo-Seq aux collaborateurs. Une fois que les chercheurs ont effectué une cryo-section sur les lames, elles sont renvoyées au BGI. Ici, le tissu est perméabilisé et une transcription inverse est effectuée. L’ADNc marqué est rincé et les codes-barres spatiaux sont cartographiés.
En plus de distribuer des kits, BGI construit des laboratoires stéréo dans le monde entier – aux États-Unis, en Europe, en Australie, à Singapour et en Chine. Le Stereo-lab aux États-Unis est situé à San Jose, en Californie, la branche américaine de la recherche BGI. Les chercheurs peuvent également faire construire un laboratoire stéréo en interne s’ils souhaitent établir le pipeline dans leur propre centre.
Les collaborateurs ont utilisé Stereo-Seq pour examiner le développement embryonnaire précoce de la souris, en particulier de 9,5 à 16,5 jours pendant lesquels le développement embryonnaire se produit au rythme le plus rapide. Les données ont généré le Mouse Organogenese Spatiotemporal Transcriptomic Atlas (MOSTA), qui cartographie avec une résolution unicellulaire et une sensibilité élevée, la cinétique et la directionnalité de la variation transcriptionnelle au cours de l’organogenèse de la souris.
Pour la première fois, les scientifiques ont pu produire une série de cartes de haute précision montrant l’emplacement précis des quelque 300 000 cellules de l’embryon au jour 16,5. BGI-Research a utilisé ces informations pour produire un atlas panoramique de la souris et mieux comprendre la base moléculaire de la variation et de la différenciation cellulaire dans les tissus en développement du cerveau, y compris le mésencéphale dorsal.
« Le développement d’une approche analytique unicellulaire au cours des vingt dernières années a vraiment fait une différence notable dans notre capacité à comprendre comment les cellules diffèrent les unes des autres. Plus récemment, il a commencé à être possible de combiner cette analyse avec l’emplacement des cellules dans une section de tissu ou de tissu organoïde », a déclaré Patrick Maxwell, FMedSci, professeur de physique et directeur de la School of Clinical Medicine de l’Université de Cambridge. “À mon avis, ce nouvel article porte cela à un nouveau niveau en combinant un champ de vision de taille substantielle, permettant d’analyser un tissu à l’échelle d’un embryon de souris en développement, ainsi qu’une très haute résolution avec une analyse transcriptomique très profonde. profondeur de lecture. ”
L’équipe dirigée par BGI a mené des recherches embryonnaires similaires avec le poisson zèbre qui a une période de gestation de seulement 24 heures, et a également produit un modèle 3D de la carte cellulaire de Drosophile :. L’atlas spatio-temporel transcriptomique du développement embryonnaire chez : Drosophile :le poisson zèbre et la souris a ouvert de nouvelles portes pour l’étude de la structuration embryonnaire et des mécanismes moléculaires associés au cours du développement embryonnaire, fournissant des références de données importantes pour des travaux ultérieurs ainsi qu’une référence pour démêler l’évolution embryonnaire.
En appliquant la recherche Stereo-Seq sur les cellules foliaires de : Arabidopsis : plante, les chercheurs ont pu surmonter la difficulté à long terme pour les chercheurs de mener des études omiques unicellulaires résolues dans l’espace sur les feuilles et d’autres tissus végétaux. BGI Research a pu démontrer que la technologie Stereo-Seq peut être appliquée à la recherche en phytologie et à la recherche sur la sélection des cultures. Certaines applications clés incluent la compréhension des gènes clés impliqués dans le développement des semences, les mécanismes de résistance à la sécheresse, les mécanismes de résistance à la chaleur et les mécanismes de tolérance au sel, pour les cultures de base du riz au blé en passant par le maïs. Cela peut contribuer à la culture de souches végétales de haute qualité et résistantes au stress, importantes pour de nombreuses initiatives mondiales de durabilité.
Parallèlement à la publication des articles, le SpatioTemporal Omics Consortium (STOC) – un groupe qui comprend un groupe international d’environ 80 scientifiques – a été annoncé.
“Il existe de nombreux scientifiques de l’atlas des grandes cellules qui viennent de différents domaines”, a noté Longqi Liu, PhD, scientifique en chef des omiques unicellulaires et directeur de l’institut des sciences cellulaires chez BGI-Research. Ils ont eu l’idée de former un groupe comme celui-ci chez BGI il y a quelques années, a noté Liu, mais c’était la suggestion d’un Cellule: éditeur qui a lancé le consortium.
L’équipe de recherche BGI souhaite utiliser la technologie Stereo-Seq pour créer davantage de cartes. En effet, ils ont publié une préimpression en mars de cette année décrivant une carte complète du transcriptome spatial unicellulaire du cerveau des singes. Ils ont utilisé cette technologie pour analyser 130 lames en une semaine environ, a déclaré Chen : GÉN :.
L’objectif plus large du STOC est de rassembler des chercheurs spatiaux pour “unir, organiser, faire progresser et partager les efforts scientifiques mondiaux pour cartographier les atlas multi-omiques spatio-temporels des organismes et développer les outils analytiques avec lesquels acquérir de nouvelles connaissances biologiques à travers la physiologie”. , développement et vieillissement, maladie et évolution. ”