Creating a DNA Metagenomics Library : Studies: Parkinson Disease Stool Samples

Abstract

Extracting DNA from samples and creating a NGS library for metagenomics samples is a modern way of studying the genetic diversity within organisms and environments. Although the theoretical and practical details of these methods are well known, there is no single, standardized way to perform such a study.

The purpose of this thesis was to create an NGS DNA metagenomics library for a Parkinson’s disease study. This thesis explains the theory behind the process and contemplates on the possible improvements that could be made to the laboratory protocols.

The thesis project started by extracting stool DNA, after which the NGS library was created and analysed. Concentration values gained from DNA extractions, PCR and Illumina sequencing were documented and reviewed in the results section of this thesis.

The DNA extraction concentration values were distributed normally when looked at statistically. From 138 samples, only one failed to produce any results due to a small amount of DNA during the extractions. The Illumina reads obtained were suitable for further analysis, although the quality of the reads could have been better.

By studying the results, it can be concluded that the creation of the DNA metagenomics library was a success although some of the samples in the pool were present in greater proportions than others. The standard deviation for all reads was ≈ ± 3 611 000 reads, and the average was ≈ 5 055 000 reads.

DNA:n eristäminen ja NGS metagenomiikkakirjaston luominen on moderni tapa tutkia geneettisen materiaalin monimuotoisuutta ympäristönäytteissä sekä kudosnäytteissä. Vaikka näiden menetelmien teoria ja käytäntö ovat yleisesti ottaen selvitettyjä, ei kokonaisprosessille ole yhtä ja oikeata tapaa suorittaa.

Opinnäytetyön tavoite oli luoda metagenomisia DNA kirjastoja osana Parkinsonin taudin tutkimusta. Tekstissä käsitellään myös menetelmiin pohjautuvaa teoriaa ja pohditaan mahdollisia parannuksia, joita niihin voisi soveltaa.

Työ aloitettiin eristämällä ja puhdistamalla ulostenäytteiden DNA, jonka jälkeen niistä muokattiin DNA kirjasto, joka analysoitiin Illuminan sekvensaattorilla. DNA eristyksistä sekä PCR ja Illumina ajoista saadut arvot kirjattiin ylös ja niitä tarkastellaan tämän opinnäytetyön tuloksissa.

Näytteiden eristyksien pitoisuudet olivat normaalijakautuneita. 138 näytteestä ainoastaan yksi ei tuottanut tulosta vähäisen DNA määränsä takia. Illuminan sekvensointi onnistui, vaikkakin sekvensoinnin laatu olisi voinut olla parempi.

Tuloksista voitiin päätellä, että metagenomisen DNA kirjaston luominen onnistui, vaikkakin jotkin näytteistä tuottivat enemmän sekvenssejä kuin toiset. Illumina ajon keskihajonta kaikille näytteille oli ≈ ± 3 611 000 sekvenssilukua ja keskiarvo ≈ 5 055 000 sekvenssilukua.