Normale computerchip blijkt snelle DNA-lezer
DNA analyseren gaat volgens Amerikaanse biotechnologen binnenkort opnieuw een stuk sneller en goedkoper worden. Ze tonen deze week met succes aan dat je een doodnormale computerchip kunt ombouwen tot een DNA-lezer. En – wonder boven wonder – die werkt net zo goed als de oude en duurdere DNA-afleesapparaten.
Pixabay, lisichik via CC0
Dat schrijft Jonathan Rothberg, grondlegger van DNA-analysebedrijf Ion Torrent, in het tijdschrift Nature. De onderzoeker maakte enkele jaren geleden een goedkoop apparaat dat supersnel DNA afleest. Het apparaat is zo ontzettend goedkoop omdat het is gebaseerd op de standaard computerchip; een zogenaamde CMOS-chip, om precies te zijn. Vanwege de lage prijs verwacht Rothberg dat zijn uitvinding het aflezen van DNA toegankelijker dan ooit zal maken.
De prijs van een enkele set afleeschips inclusief bediening is inderdaad laag: zo’n 35.000 euro. Dat is bijna tien keer goedkoper dan de meeste andere DNA-afleesapparaten. Maar werkt de chip wel even goed als de zwaargewichten?
Wikimedia Commons, Steve Jurvetson via CC BY 2.0
Om dat te bewijzen moest Rothberg iemands DNA aflezen met zowel zijn nieuwe DNA-chip als de oudere apparaten en de resultaten vergelijken. De proefpersoon die hij hiervoor aan de haak sloeg, was niemand minder dan Gordon Moore.
Dit is eigenlijk een symbolieke reclamestunt: Gordon Moore is namelijk een van de oprichters van computerbedrijf Intel. En het was Moore die het idee postuleerde dat de snelheid van een computerchip elke achttien maanden zal verdubbelen, een voorspelling die tot voor kort elk jaar bleek te kloppen. Met andere woorden, Moore is zo’n beetje de vader van de moderne computerchip, exact de techniek die nu de basis vormt van Rothbergs DNA-chip.
Moore veegde een paar keer met een houten spateltje langs zijn wangslijmvlies, en gaf Rothberg en zijn collega’s een paar monsters van zijn DNA. Vervolgens liet de biotechnoloog het DNA niet alleen door zijn nieuwe microchips analyseren, maar ook door machines waarvan iedereen al heeft geaccepteerd dat ze goed werken.
Op de resultaten, die vandaag in Nature staan, mag Rothberg trots wezen. Zijn microchips deden het gewoon even goed als de oude dure apparaten. Sterker nog, de machines waren het vooral heel erg met elkaar eens: van het resultaat uit de chip kwam zo’n 99,9 procent overeen met die van de oudere machines.
Zo ziet de chip van Rothberg eruit.
Nature
Overigens werkt Rothbergs chip op een relatief simpele manier. In feite is de chip een soort van alfabetische encyclopedie met alle mogelijke DNA-codes die je kunt tegenkomen. Leg daarnaast iemands volledige DNA – oftewel genoom – en de chip vergelijkt razendsnel welke delen van dat genoom overeenkomen met die in de encyclopedie.
Rothbergs chip is binnen 2 uur klaar met z’n analyse. Dat gaat zo snel omdat het oppervlak is ingedeeld in ruim een miljoen putjes, die elk een reeks in de ‘encyclopedie’ voorstelt. Al gauw weet de chip welk deel van iemands DNA overeenkomt met alle reeksen die erop zitten. Wanneer je meer dan een miljoen reeksen DNA moet vergelijken, gebruik je gewoon meerdere chips met elk zijn eigen miljoen reeksen.
In die 2 uur, schrijft Rothberg, controleert de chip zo’n 25 miljoen DNA-letters, oftewel basenparen van iemands DNA. Omdat het menselijk genoom uit maar liefst 3 miljard basenparen bestaat, zou het aflezen van al het DNA van één mens dan omgerekend zo’n 240 uur duren. Die snelheid breekt op zich nog geen records, maar omdat de chip zo goedkoop is kun je er volgens Rothberg meerdere tegelijk inzetten. Bij Moore’s DNA waren dat er duizend. In dat geval valt de gehele DNA-volgorde van een mens makkelijk binnen één dag af te lezen. En dat is zeker gezien de lage prijs – wél een prestatie van formaat.
