Standaardisatie diagnostiek met next generation sequencing

Standaardisatie diagnostiek met next generation sequencing

Organisatie-onderdeel

WR-cap TU

Projectcode

TU18079

MMIP

Landbouw, Water, Voedsel>A. Kringlooplandbouw>A2. Gezonde, robuuste bodem en teeltsystemen gebaseerd op agro-ecologie en zonder schadelijke emissies naar grond- en oppervlaktewater

Startdatum

01/01/19

Einddatum

31/12/22

Samenvatting

Het snel en efficiënt opsporen van mogelijke ziekteverwekkers of plaagorganismen is belangrijk om verspreiding te voorkomen en gezond uitgangsmateriaal te garanderen. Nederland is een belangrijke producent van plantaardig uitgangsmateriaal. Een zeer snel opkomende innovatieve groep van technologieën, gezamenlijk Next Generation Sequencing (NGS) genoemd, biedt voor het opsporen van ziekteverwekkers of plaagorganismen zeer goede mogelijkheden. Bij NGS worden de sequenties van miljoenen DNA fragmenten tegelijkertijd bepaald waarna de analyse van al deze sequenties in een bio-informatica pijplijn plaatsvindt. NGS is een methode die ingezet kan worden voor zeer veel verschillende applicaties (tests). Het voordeel/verschil ten opzichte van andere methoden is dat bij NGS de data in één keer gegenereerd worden en daarna tegelijkertijd gescreend kunnen worden op alle mogelijke ziekteverwekkers of plaagorganismen. Vanwege dit generieke karakter is het gebruik van NGS een logische en effectieve keuze voor een breed scala aan diagnostische toepassingen binnen plant gezondheid. Om fytosanitair onderzoek en diagnostiek aan planten maximaal te kunnen laten profiteren van deze nieuwe ontwikkelingen is harmonisatie van de NGS procedures en validatie van de NGS gebaseerde testen echter dringend gewenst, zeker gelet op de rol van Nederland als producent en importeur/exporteur van plantaardig materiaal. In deze PPS zullen belangrijke Nederlandse spelers op het gebied van NGS diagnostiek in het kader van plant gezondheid samenwerken om te komen tot standaardisatie van op NGS methode en validatie van op NGS gebaseerde testen. Het gaat hierbij om (i) Referentie gebaseerde NGS in met name gezond materiaal en (ii) NGS op ziek plantmateriaal waarbij naast bekende ziekteverwekkers ook gekeken zal worden naar nieuwe, mogelijk onbekende pathogenen op te sporen.

Doel van het project

In dit project worden standaard operating procedures voor het genereren en analyseren van NGS data geformuleerd met een duidelijke communicatie naar de eindgebruiker.
Deze geoptimaliseerde en kwaliteits-geborgde procedures zullen vervolgens gebruikt worden voor de validatie zoals beschreven in EPPO standaard EPPO PM7/98(2)van een select aantal op NGS gebaseerde testen op basis van een Test Performance Study (TPS) zoals beschreven in EPPO standaard EPPO PM7/122.
Ook is het de bedoeling studenten kennis te laten maken met deze nieuwe ontwikkelingen zodat in Nederland een betere kennisbasis voor NGS diagnostische toepassingen binnen plant gezondheid beschikbaar komt.

Relatie met missie (Motivatie)

Voor gezonde, robuuste bodem en teeltsystemen zonder schadelijke emissies naar grond- en oppervlaktewater is het snel en efficiënt opsporen van mogelijke ziekteverwekkers of plaagorganismen van groot belang. Hiermee kan verspreiding mogelijk worden voorkomen en gezond uitgangsmateriaal gegarandeerd worden. Een zeer snel opkomende innovatieve groep van technologieën, gezamenlijk Next Generation Sequencing (NGS) genoemd, biedt voor het opsporen van ziekteverwekkers of plaagorganismen zeer goede mogelijkheden. Standaardisatie van deze technieken kan helpen om deze innovaties effectief in te zetten voor een vroegtijdige detectie van ziekte verwekkers en plaagorganismen.

Geplande acties

In de diagnostiek van plantenziekten en plaagorganismen wordt steeds meer gebruik gemaakt van moleculaire toetsen die gebaseerd zijn op specifieke amplificatie van RNA of DNA fragmenten met behulp van PCR. Deze moleculaire methodieken zijn gevoelig en kosten efficiënt, maar richten zich op de detectie van specifieke organismen. Dit werkt effectief wanneer een beperkt aantal ziekten en plaagorganismen gedetecteerd moet worden. Het levert echter geen nieuwe informatie op en wanneer het aantal mogelijke ziekteverwekkers of plaagorganismen groot is, dan is deze aanpak gericht op specifieke soorten kostbaar en traag. Een zeer snel opkomende innovatieve groep van technologieën die gezamenlijk Next Generation Sequencing (NGS) of High Throughput Sequencing wordt genoemd biedt juist hiervoor goede mogelijkheden. Door technologische innovaties zijn de sequentiekosten de afgelopen decennia spectaculair gedaald. Vanwege het generieke karakter is het gebruik van NGS een logische en effectieve keuze voor een breed scala aan diagnostische toepassingen binnen plant gezondheid.

 Een eerste praktijktoepassing van NGS is het screenen op reeds bekende pathogenen. Hiervoor is bijna altijd al een (TaqMan) PCR toets beschikbaar en kan er dus gevalideerd worden tegen een bekende standaard. Belangrijke criteria zoals gevoeligheid kunnen daarin meegenomen worden. Het doel is om richtlijnen te ontwikkelen die de betrouwbaarheid en de interpretatie van de resultaten waarborgen.

 Daarnaast kan NGS gebruikt worden als hulpmiddel om diagnostische vragen voor symptomatische planten te beantwoorden. De uitdaging hierbij is de mogelijke koppeling tussen symptomen en nog onbekende (varianten) van micro-organismen. Welke mogelijk kunnen duiden op relevante veranderingen in de pathogeen populatie of tot nu toe onbekende pathogenen.

Hoewel NGS slechts een onderdeel zal zijn van een diagnostisch proces waarbij na detectie van pathogenen en plaagorganismen met NGS specifieke verificatie nodig zal zijn, kan de interpretatie van de uitslag van NGS gebaseerde analyse grote gevolgen hebben voor telers of export bijvoorbeeld als sequenties van Q-organismen gerapporteerd worden vanuit een NGS analyse. Hierbij spelen een drietal vragen:

1. Zijn standaard moleculair biologische werkzaamheden voldoende om contaminatie uit te sluiten?
2. Moeten diagnostische labs extra voorzorgen nemen wat betreft scheiden van werkzaamheden om contaminatie te voorkomen?

3. Wat zegt eventuele contaminatie afgezet tegen de interpretatie van analyseresultaten en de nultolerantie die geldt voor Q-organismen?

In de PPS Diagnostiek maar ook in internationaal verband (EPPO/ EUPHRESCO) is gebleken dat goede en gestandaardiseerde procedures en een heldere analyse en interpretatie van de miljoenen sequenties essentieel zijn. Om de implementatie van deze nieuwe technologie, ook internationaal, in goede banen te leiden is afstemming dan ook dringend noodzakelijk. Door intensieve samenwerking in dit project tussen alle in Nederland belangrijke spelers op dit gebied, i.e. kennisinstellingen, testlaboratoria, onderwijsinstellingen en de overheid, zullen de methodieken geoptimaliseerd en geharmoniseerd worden. De inbedding van de verschillende partners in de internationale fora zorgt verder voor afstemming en harmonisatie binnen EU en mondiaal verband.

Doel: te komen tot gestandaardiseerde procedures en lijnscontroles in de dataproductie en data analyses waarbinnen op NGS gebaseerde testen kunnen worden gevalideerd in een Test Performance Study zoals beschreven in EPPO standaard EPPO PM7/98(2).

Naam projectleider

Theo van der Lee
Terug