Wageningen, The Netherlands
July 19, 2019
Next generation sequencing (NGS) is the collective name for a group of amazingly fast and relative inexpensive techniques for reading DNA codes from living and dead organisms. Front-runners in this market must continually move forward because the technology is developing at amazing speed and the lifecycle of equipment is short. This makes it advantageous for institutions and companies to share research facilities, as experienced by Wageningen University & Research and BaseClear.
Bas Reichert is CEO of BaseClear, the genomics company in Leiden that maps the DNA of ‘everything that lives’. “We have a strong focus on small organisms such as bacteria, fungi and algae,” Reichert explains. “These micro-organisms are widely used in fermentation processes for making products such as yoghurt and cheese. Additionally, we do extensive research into the microbiome: the bacterial populations in environments such as the intestines and skin, and in the soil around plants. We work for numerous international clients, from dairy companies to academic research centres and from plant breeders to biotech companies.”
Wageningen University & Research and BaseClear share research facilities
While BaseClear focuses primarily on research into micro-organisms, bio-scientist Elio Schijlen and his research group (Bioscience) at Wageningen University & Research map out the complete, complex genomes of plants. Plant breeders can use the resulting knowledge to develop new crop lines faster, to name just one example. “We are complementary to BaseClear in the field of NGS,” says Schijlen. “What we have in common is that we are both at the forefront of technological development. To maintain this leading position, you have to continuously improve your results, which is not possible with old equipment. And in our line of work, equipment become ‘old’ rather quickly.”
Numerous advantages
The rapid pace of technological progress creates a dilemma for both partners. Reichert: “You have to invest in new facilities, but at the same time you have to make choices, because NGS equipment is costly. For us it would mean that we would have to make a choice for a single machine, which would also limit us to one type of research. But the market offers space for a more diverse research portfolio, and we want to use that space.”
The solution turned out to be simple: collaboration. Under the name ‘WUR, Shared Research Facilities’, companies and researchers can share the high-tech equipment and facilities on the Wageningen Campus and its vicinity. This collaboration involves research in various fields, including NGS. Daniëlla Stijnen, account manager of Shared Research Facilities: “Shared Research Facilities was established because the Ministry of Economic Affairs & Climate Policy and the province of Gelderland wanted to stimulate sharing of state-of-the-art research facilities as much as possible, and provided funding for this purpose. Sharing facilities offers many advantages to companies, such as lower costs and access to the latest equipment. Moreover, available capacity is used much more efficiently, and users only pay for the hours that they use the machine instead of having to pay for the whole investment and exploitation. We share the costs with users and partners. BaseClear is one of our partners with whom we share NGS equipment.”
The solution turned out to be simple: collaboration
In Wageningen and Leiden
The PacBio-Sequel, the NGS machine invested by Shared Research Facilities and used by BaseClear, WUR and others, is located on Wageningen Campus. BaseClear arranged the financing for the NovaSeq itself and keeps the machine at its lab in Leiden. Because the collaboration with the Bioscience research group of WUR was so successful, the partners are also sharing this machine. Elio Schijlen explains: “DNA mapping is done in small pieces. With the machine in Wageningen we map large fragments of a single DNA strand; it is ideally suited for de novo applications, where you want to map a genome from scratch. With the system in Leiden we can map small sequences from a great many organisms at once. Both systems have their advantages and disadvantages, but the combination is extremely interesting.”
The collaboration has gone smoothly, says Schijlen. “We usually announce in an email that we are preparing and processing samples, after which we reserve time to use the machine.” Reichert adds: “Of course, good contractual agreements have been made about aspects such as data security. Our company aims to comply with Good Laboratory Practice (GLP) regulations, which require clear agreements on data use and access to systems. These aspects have also been addressed in the contracts. But the most important thing is complete trust between the partners. Without trust, the collaboration won't work.”
The competition is also moving quickly
Sharing facilities is crucial for BaseClear to survive in a highly competitive market. Reichert: “Our competitors from countries such as China and South Korea are also advancing quickly. As Dutch players in this marketplace, we will fall behind if we are limited to the machines in our respective labs. Thanks to the collaboration with Wageningen University & Research, we can offer our customers a wider range of products than would be possible with just our own research facilities. This makes us more attractive to customers and strengthens our position in the market.”
For Wageningen researchers involved with sequencing work, it is now possible to do their analyses on the NovaSeq machine in Leiden. Thanks to the collaboration with BaseClear, Wageningen researchers have an additional facility that makes highly advanced analyses possible, in addition to the analyses carried out in Wageningen.
In short: does sharing research facilities offer benefits? Schijlen and Reichert agree wholeheartedly: “Even though you don't have the latest equipment in your own lab, it is still available to you through collaboration. That provides a competitive advantage to both the research institution and the company.”
NovaSeq 6000
The NovaSeq 6000 is the newest workhorse from the Illumina stable. It is an unprecedented production machine that can generate up to 4 Terabases of output per run and thus has enough capacity to read the genomes of 50 people at once. This machine reads a maximum of 2 x 250 base pairs of billions of DNA molecules in parallel. This makes the NovaSeq suitable for re-sequencing applications, providing sequence depth with de novo genomes and producing many data points for applications such as transcriptome analysis.
PacBio Sequel
The Sequel is the second machine from PacBio. The PacBio Sequel reads tens of kilobases per molecule, resulting in 10 to 50 Gigabases of output obtained from about half a million DNA molecules that are read in real time in parallel. Generating these long DNA reads makes this technology especially powerful for de novo reconstruction of large, complex genomes.
Delen is het nieuwe hebben
Next generation sequencing (NGS) is de verzamelnaam voor verbluffend snelle én goedkope technieken om DNA-codes van levende en dode organismen af te lezen. Koplopers moeten zich blijven doorontwikkelen, want de techniek ontwikkelt zich razendsnel en de houdbaarheidstermijn van apparatuur is kort. Dan heeft het zo zijn voordelen om onderzoeksfaciliteiten te delen, ervaren Wageningen University & Research en BaseClear.
Bas Reichert is CEO van BaseClear, het Leidse genomics-bedrijf dat het DNA van ‘alles wat leeft’ in kaart brengt. “We hebben een sterke focus op kleine beestjes, zoals bacteriën, schimmels en algen”, legt Reichert uit: “Deze micro-organismen worden veel gebruikt voor fermentatie, bijvoorbeeld voor de productie van yoghurtjes en kazen. Daarnaast doen we bijvoorbeeld veel onderzoek naar het microbioom, oftewel de bacterievorming in darmen en huid en in de bodem rond planten. We werken voor tal van internationale opdrachtgevers, van zuivelbedrijven tot academische onderzoekscentra en van zaadveredelaars tot biotechbedrijven.”
Wageningen University & Research en BaseClear delen onderzoeksfaciliteiten
Waar BaseClear zich vooral richt op onderzoek naar micro-organismen, brengt biowetenschapper Elio Schijlen met zijn onderzoeksgroep (Bioscience) van Wageningen University & Research volledige, complexe genomen van planten in kaart. Met de kennis die dit oplevert, kunnen plantenveredelaars bijvoorbeeld sneller nieuwe gewaslijnen ontwikkelen. “Op het gebied van NGS zijn we complementair aan BaseClear”, aldus Schijlen. “Wat we gemeen hebben, is dat we beide aan de voorzijde van de technologische ontwikkeling zitten. Daar moet je constant blijven verfijnen, wat met oude machines niet lukt. En in onze tak van sport zijn machines al snel ‘oud’.”
Tal van voordelen
Dat verbeterde en nieuwe technieken zich zo snel aandienen, levert voor beide organisaties een dilemma op. Reichert: “Je moet investeren in nieuwe faciliteiten, maar tegelijkertijd moet je keuzes maken, want NGS-apparatuur is extreem prijzig. Voor ons zou het betekenen dat we een keuze voor één machine zouden moeten maken en daarmee ook voor één type onderzoek. Maar de markt biedt ruimte voor een breder portfolio en die ruimte willen we graag benutten.”
De oplossing bleek simpel: samenwerken. Onder de noemer WUR, Shared Research Facilities kunnen bedrijven en onderzoekers gebruikmaken van hightechapparatuur en -faciliteiten op de campus van Wageningen University & Research en op een klein aantal plekken daarbuiten, zoals bij het Ziekenhuis Gelderse Vallei. Dit gebeurt op verschillende terreinen, waaronder NGS. Daniella Stijnen, accountmanager Shared Research Facilities: “Shared Research Facilities is opgericht, omdat het Ministerie van Economische Zaken & Klimaat en de provincie Gelderland graag zien dat hightech onderzoeksfaciliteiten zoveel mogelijk gedeeld worden en hiervoor subsidie ter beschikking hebben gesteld. Voor bedrijven heeft dit tal van voordelen, zoals lagere investeringskosten en toegang tot de nieuwste apparatuur. Bovendien maak je zo veel efficiënter gebruik van de beschikbare capaciteit, waarbij je alleen betaalt voor de uren dat je het apparaat gebruikt. De uren dat een apparaat ongebruikt is, worden gedekt door de subsidie die door Shared Research Facilities wordt verstrekt. Op basis van vooraf ingeschat gebruik delen we de kosten met partners. BaseClear is een van onze partners waarmee we NGS-apparatuur delen.”
De oplossing bleek simpel: samenwerken
In Wageningen én Leiden
In Wageningen staat de PacBio-Sequel, het NGS apparaat dat door Shared Research Facilities is gefinancierd en waar BaseClear gebruik van maakt. BaseClear heeft in haar eigen lab de NovaSeq staan, waarvoor het zelf de financiering heeft geregeld. Doordat de samenwerking met de onderzoeksgroep Bioscience van WUR zo goed liep, wordt er nu ook op dit apparaat samengewerkt. Elio Schijlen legt uit: “DNA in kaart brengen, gebeurt in kleine stukjes. Met het apparaat in Wageningen brengen we grote fragmenten van één DNA-streng in kaart: het is bij uitstek geschikt voor zogenoemde ‘de novo-toepassingen’, waarbij je een genoom vanaf nul in kaart wilt brengen. Met het systeem in Leiden kunnen we kleine sequenties van heel veel organismen tegelijkertijd maken. Beide systemen hebben hun voor- en nadelen, maar de combinatie is uiterst interessant.”
De samenwerking verloopt soepel, stelt Schijlen: “Meestal kondigen we in een mailtje aan dat we bezig zijn met het voorbereiden en opwerken van samples, waarna er machinetijd wordt gereserveerd.” Reichert vult aan: “Natuurlijk zijn er goede contractuele afspraken gemaakt, bijvoorbeeld over dataveiligheid. De GLP-regelgeving waar wij als bedrijf aan willen voldoen, vraagt om heldere afspraken over datagebruik en toegang tot systemen. Dit soort zaken hebben we onderling goed geregeld. Het belangrijkste is dat er volledig vertrouwen is. Is dat er niet, dan werkt het niet.”
Concurrentie zit niet stil
Het delen van faciliteiten is voor BaseClear cruciaal om te kunnen overleven in een zwaar concurrerende markt. Reichert: “De concurrentie in landen als China en Zuid-Korea zit niet stil. Als Nederlandse spelers redden we het niet als we allemaal blijven vasthouden aan ons eigen lab. Dankzij de samenwerking met Wageningen University & Research kunnen wij onze klanten een breder productaanbod bieden dan wanneer we alleen onze eigen onderzoeksfaciliteiten kunnen gebruiken. Het maakt ons voor de klant aantrekkelijker en verstevigt onze positie.”
Voor Wageningse onderzoekers die sequencingwerk te doen hebben, is het nu ook mogelijk om hun analyses op de NovaSeq in Leiden uit te voeren. Dankzij de samenwerking met BaseClear hebben onderzoekers dus een extra faciliteit die zeer geavanceerde analyses mogelijk maakt, aanvullend op de analyses die in Wageningen worden uitgevoerd.
Kortom: biedt onderzoeksfaciliteiten delen voordelen? Schijlen en Reichert kunnen het alleen maar beamen: “Ook al heb je zelf niet de nieuwste apparatuur in je lab staan, je kunt er wel over beschikken. Dat levert je zowel als onderzoeksinstelling als ook als bedrijf een concurrentievoordeel op.”
NovaSeq 6000
De NovaSeq 6000 is het nieuwste werkpaard uit de Illumina-stal. Een ongekende productiemachine die per run tot 4 Terabasen aan output kan genereren en daarmee voldoende levert om in één keer het genoom van 50 mensen af te lezen. Deze machine leest maximaal 2 x 250 baseparen van miljarden DNA-moleculen in parallel. Daarmee is de NovaSeq onder andere geschikt voor re-sequencing-applicaties, het leveren van sequentiediepte bij de novo-genomen en het produceren van veel datapunten voor applicaties als transcriptome analyse.
PacBio Sequel
De Sequel is de tweede machine van PacBio. De PacBio Sequel leest tientallen kilobasen per molecuul resulterend in 10 tot 50 Gigabasen aan output verkregen van ongeveer een half miljoen DNA-moleculen die real time in parallel worden afgelezen. Het generen van deze lange DNA-reads maakt deze technologie bijzonder krachtig voor het de novo reconstrueren van grote complexe genomen.
Topics
Species
