Case study: data van miljoenen mondbacteriën
Bij tandheelkunde denk je misschien niet direct aan high-performance computing. Maar schijn bedriegt: sinds 2006 maakt sequencing, waarbij bacteriën worden geïdentificeerd aan de hand van genetische informatie, deel uit van de gereedschapskist van de tandheelkundig onderzoeker.
Preventieve tandheelkunde
Dr. Egija Zaura, verbonden aan de afdeling preventieve tandheelkunde bij Academisch Centrum Tandheelkunde Amsterdam (ACTA), een samenwerkingsverband van UvA en VU, vertelt over de ontwikkelingen. Oorspronkelijk werkten de onderzoekers bij ACTA met eenvoudige in vitro modellen, maar die aanpak gaf onvoldoende inzicht in de complexe interactie van bacteriën in de mond. “We zijn toen gaan onderzoeken welke tools daarvoor beschikbaar zijn”, zegt Zaura. “In 2006 kwam de techniek 454 pyrosequencing beschikbaar, die het mogelijk maakt miljoenen bacteriën parallel te sequencen. Op basis daarvan kun je vaststellen welke bacteriën zich in de mond van een patiënt bevinden en in welke verhoudingen. Wij waren wereldwijd de eerste om die techniek toe te passen op klinische monsters in de tandheelkunde.”
Human Microbiome Project
Omdat deze techniek zo veelbelovend was, wilde ACTA zelf analyses kunnen uitvoeren, aldus Zaura: “In 2010 hebben we contact gelegd met SURF en zijn we gestart met analyses. We maken gebruik van kennis die ontwikkeld is binnen het Human Microbiome Project (HMP), waarbij de bacteriële samenstelling op allerlei plekken in het menselijk lichaam in kaart wordt gebracht. Daarbinnen wordt veel open source-materiaal ontwikkeld. Wij maken gebruik van een zogenoemde pipeline (een hulpmiddel bij sequencing), die is ontwikkeld binnen het HMP. Die pipeline is geïnstalleerd op het rekencluster Lisa bij SURF en stelt ons onder meer in staat om grafische analyses uit te voeren.”
“De lijnen zijn heel kort en de mensen bij SURF denken goed met ons mee. De medewerkers zijn erg behulpzaam en creatief in het vinden van oplossingen.”
Gehaktmolen
Sinds 2011 heeft ACTA een eigen bio-informaticus in dienst. Dat was nodig, want de hoeveelheid data neemt alleen maar toe: “Behalve de analyse met behulp van het 16S rRNA-gen, waarmee je bacteriën kunt identificeren, doen we tegenwoordig ook aan shotgun sequencing”, vertelt Zaura. “We halen een monster als het ware door de gehaktmolen en analyseren kleine stukjes van alle aanwezige genen. Al die stukjes worden gesequenced en dat levert een zogenoemd metagenoom op. Aan de hand daarvan kunnen we ook functies van bacteriën vaststellen. We onderzoeken bijvoorbeeld het verschil in eigenschappen van bacteriën uit een monster met cariës of parodontitis en bacteriën uit een gezonde mond.”
Samenwerking
Door de grote hoeveelheid data die shotgun sequencing oplevert, wordt dataverwerking (en dus rekenkracht) steeds belangrijker, maar ook dataopslag is cruciaal voor het onderzoek van ACTA. Naast het rekencluster Lisa maakt ACTA dan ook gebruik van dataopslagfaciliteiten bij SURF. Zaura: “De lijnen zijn heel kort en de mensen bij SURF denken goed met ons mee. Ook in de beginfase, toen we bezig waren met het opzetten van een plan van aanpak, hebben we veel ondersteuning gekregen. De medewerkers zijn erg behulpzaam en creatief in het vinden van oplossingen.”