3 miljard dna-letters in 1 kwartier

Vervolg van pagina 1.

Ongekend dus, zo'n dna-apparaatje. De fabrikanten moeten het alleen nog even waarmaken. De Utrechtse hoogleraar genetica Edwin Cuppen was ook aanwezig bij de presentatie in Florida, maar herinnert zich daarnaast dat hij daar wel vaker lyrische verhalen heeft gehoord. 'Drie jaar geleden was het bedrijf Pacific Technologies de grote belofte: in 2013 zouden ze een heel mensengenoom voor minder dan 1.000 dollar kunnen uitlezen. Maar dat bedrijf heeft het nu moeilijk.'


En er zijn de kleine lettertjes. De genenlezers van Oxford Nanopore zitten er bij elke 25 dna-'letters' die ze uitlezen gemiddeld één keer naast. Die foutmarge denkt het bedrijf dit jaar nog terug te brengen tot een op honderd of een op duizend, maar toch. Bovendien is de memorystick vooralsnog maar één keer te gebruiken, net als de vervangbare 'cartridges' die in het grotere, supersnelle apparaat moeten.


En, ook niet onbelangrijk, tot dusver heeft het bedrijf alleen nog maar het dna afgelezen van een nietig virus. Het dna van een mens is maar liefst 550 duizend keer zo lang. 'Het is een betrouwbaar, geloofwaardig bedrijf, dus ik geef ze het voordeel van de twijfel. Maar er is in technische zin ook nog veel onduidelijk', zegt Dekker.


Het is ook nogal een klus, het dna van een mens uitlezen. Dna is in feite een lange, moleculaire kralenketting, met daaraan als kralen telkens de vier basen adenine, guanine, thymine en cytosine, doorgaans afgekort tot de letters A, G, T en C. De volgorde van die letters bepaalt welke eiwitten er worden gemaakt, de werkpaarden annex bouwstenen van een cel. De kralenketting is alleen nogal lang: bij mensen zitten er liefst drie miljard kralen aan. Dat maakt de opgave haast herculisch: lees foutloos drie miljard chemische letters af, en dat allemaal in een kwartier tijd.


Plakje

De manier waarop Oxford Nanopore het doet, is gebaseerd op een idee van de Amerikanen Daniel Branton en David Deamer uit de jaren negentig. De genenlezer werkt met een dun plakje kunststof met daarin microscopisch kleine gaatjes. Op die gaatjes zit een eiwit gemonteerd, waardoorheen een tunneltje looptvan een paar miljoenste millimeter breed - dat zijn de 'nanoporiën' uit de bedrijfsnaam van Oxford Nanopore.


Het geheel rust in een badje met zoutoplossing. Zet de stroom aan, en zoutdeeltjes gaan door de poriën stromen. Komt er op een gegeven moment een groot molecuul langs, dan is dat te zien op de metertjes: de stroom zoutdeeltjes wordt dan iets onderbroken, zoals een steentje in een tuinslang de waterstroom merkbaar afzwakt.


Maar als er een sliert dna door de nanoporiën glipt, zie je het ook. Iedere dna-letter onderbreekt de stroom zoutdeeltjes op een iets andere manier. Zo geven de metertjes een uitslag waaruit je de lettervolgorde kunt aflezen. A, T, G, C, T, A, C, G, G - en dat drie miljard keer, oftewel ongeveer drieduizend exemplaren van deze zaterdagkrant, vol met dna-letters.


De grote truc van Oxford Nanopore is dat het bedrijf een manier heeft gevonden om de snelheid waarmee het dna door het hoepeltje springt te controleren. De Britten gebruiken daarvoor alweer een eiwit, ditmaal een dat het dna aan het nanogaatje vastklikt en de sliert daarna gecontroleerd door het gat leidt, alsof je een touw laat vieren.


'Het is een enorm veelzijdige techniek', zegt Dekker. 'Je kunt er bijvoorbeeld ook mee bepalen hoeveel van een bepaald eiwit er in de vloeistof zit. Of hoe dna zit ingepakt in eiwitten. Of je kunt er precisiemetingen mee uitvoeren van de krachten in zo'n dna-molecuul. Wij gebruiken de techniek vooral als gereedschap, om dat soort vragen te onderzoeken. Het is ontzettend spannend dat we zestig jaar na de ontdekking van de structuur van dna nog zoveel fundamenteels over het molecuul te weten komen.'


Nederlandse Nobelprijs

In Dekkers laboratorium werkt men al aan de volgende stappen, onder meer een waarbij men dna-slierten door een membraan voert dat is bedekt met grafeen, de wonderlijke, één atoom dunne velletjes puur koolstof die Nederland in 2010 de Nobelprijs voor de natuurkunde opleverden. Grafeen is sterk, dun en heeft zeer goede geleidende eigenschappen. In theorie kan dat zorgen voor nog snellere, preciezere resultaten. 'En het voordeel is dat je ze meerdere keren kunt gebruiken. Je kunt onze nanogaatjessystemen gewoon wassen', zegt Dekkers postdoc Grégory Schneider.


Cuppen aarzelt nog over de vraag welke technologie het gaat winnen. Misschien lopen artsen binnenkort met de usb-sticks van Oxford Nanopore op zak; of misschien blijft de gaatjestechniek beperkt tot gespecialiseerde toepassingen waarbij het belangrijk is om lange stukken dna in één keer af te lezen.


'Dit kan twee kanten op gaan', zegt Cuppen. 'Als gebruiker van de techniek hoop ik maar dat de fabrikanten hun grote beloften kunnen waarmaken. Ik maak mij liever zorgen over de vraag of ik straks nog wel genoeg usb-poorten op mijn laptop heb.'


DNA-LEZEN DOE JE Zó

Schiet hem aan gort

Dit is de klassieke manier van dna aflezen, waarmee men tussen 1990 en 2003 voor het eerst het menselijk dna in kaart bracht. Eerst wordt het dna in miljarden stukjes 'geschoten'. Aan die stukjes plakt men lichtgevende labels die voor een letter staan. De stukjes worden op grootte gesorteerd door ze door een gel te laten zakken. Het resultaat is de welbekende zwart-witte 'dna-streepjescode' uit de wat oudere televisieseries.


Licht hem bij

Deze methode wordt veel toegepast in moderne, snelle dna-sequencers. Het dna wordt opengeritst en in stukjes gehakt. De stukjes worden op bolletjes geplakt en in kuipjes gelegd. Die worden gespoeld met de losse 'letters' uit het dna-alfabet A, T, C, G, samen met een stof die een lichtsignaaltje afgeeft als een letter zich bindt. Door te kijken wanneer de kuiltjes oplichten wordt zichtbaar in welke volgorde de 'letters' vastklikken aan het dna in de kuiltjes, zodat de code zichtbaar wordt.


Krijg het zuur

De methode van de Proton Ion Sequencer, variant op de lampjesmethode. In plaats van lichtsignalen, meet men de zuurgraad in de kuiltjes. Als de dna-letters vastklikken, komt er wat waterstof vrij. Dat bepaalt de zuurgraad ter plaatse. Ook daarmee is te zien welke letters er in welke volgorde aan het dna zitten.


Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden