USB-stick leest DNA
Eind dit jaar gaat het gebeuren: dan komt het eerste apparaat op de markt dat DNA afleest door het door een piepklein nanogaatje te trekken. En het wordt nog mooier. Het ding verschijnt ook in een draagbare wergwerpversie ter grootte van een USB-stick.
Wikimedia Commons, Webridge via CC BY 2.0
Roerige tijden binnen de DNA-technologie. Een maand nadat het Amerikaanse bedrijf Life Technologies een nieuwe DNA-afleesmachine lanceerde die voor duizend dollar een menselijk genoom moet gaan sequensen, komt het Britse bedrijf Oxford Nanopore met groot nieuws.
Zij onthulde afgelopen weekend op de conferentie Advances in Genome Biology and Technology in Florida – dé nieuwste ontwikkeling voor degenen die opgewonden worden van DNA-technologie: ook een gloednieuwe DNA-afleesmachine. Het apparaat van Oxford Nanopore is bijzonder omdat het de eerste commerciële DNA-afleesmachine is die werkt via de veelbelovende nanoporie-methode.
Spaghetti
DNA aflezen via nanoporiën heeft zo zijn voordelen. Om de lettervolgorde van DNA (sequentie) te bepalen hoef je het DNA niet eerst in stukken te knippen, en de sequenties achteraf weer aan elkaar te plakken. Een nanoporie trekt een hele DNA-streng tot aan tienduizend letters er in één ruk doorheen. Het is alsof je heel snel spaghetti slurpt zonder eerst te snijden. Snel en makkelijk dus. Universiteiten en bedrijven werken al twintig jaar aan nanoporiën, maar de grote doorbraak liet op zich wachten.
Nanoporiën
Een nanoporie is een piepklein gaatje van een paar nanometer breed, dat bestaat uit een eiwit verankerd in een membraan. Op dat membraan staat een elektrische spanning, waardoor er een stroom door de porie loopt. Het DNA-molecuul wordt naar de porie toegetrokken door een toegevoegd enzym dat zich aan de uiteinden van de DNA-strengen bevindt. Het enzym grijpt zich vast aan de porie en trekt dan de twee DNA-strengen uit elkaar, waardoor er één streng door het gaatje glipt. Dat passeren van de DNA-streng verstoort de stroom door de porie. Omdat elke letter waar DNA uit bestaat (A, C, G en T) unieke elektrische eigenschappen heeft, kan een sensor meten welke van de vier letters op dat moment de porie passeert.
Oxford Nanopore Technologies
DVD-speler
Oxford Nanopore maakt nu een einde aan het lange wachten, want vanaf eind 2012 is hij te koop: de GridION. De GridION werkt met zogenaamde cartridges: een soort casette waarop een oplossing zit met alle stoffen die nodig zijn om een DNA-molecuul af te lezen. Je hoeft alleen het DNA erbij te doen, en de cartridge in de GridION te schuiven. Na gebruik gooi je zo’n cartridge gewoon weg.
Doordat in één cartridge tweeduizend nanoporiën zitten, kan het apparaat per seconde honderdduizend basen lezen. In 2013 wordt al een upgrade naar achtduizend nanoporiën verwacht. Met de GridION kan je bovendien leuke trucjes uithalen. Je kan ze namelijk opstapelen en aan elkaar koppelen, waardoor je een apparaat kan bouwen dat afgestemd is op je eigen behoefte. Volgens Oxford Nanopore moet het met twintig GridIONs van achtduizend nanoporiën slechts een kwartiertje tijd kosten om een heel menselijk genoom af te lezen. Dat zou dan rond de vijftienhonderd dollar gaan kosten.
Oxford Nanopore Technologies
Miniatuurversie
En dan de gadget waar het hart van menig wetenschapper harder van gaat kloppen: de negenhonderd dollar kostende miniatuurversie van de GridION: de MinION. Het wegwerpdingetje ziet eruit als een USB-stick en kan tijdens zijn werk – het aflezen van DNA – ingeplugd worden in een laptop, zodat de resultaten live worden afgeleverd.
Is de GridION het werkpaard voor grote klussen in het lab, de MinION is ideaal om mee op stap te nemen voor kleine karweitjes, zoals het identificeren van ziekteverwekkers of het screenen op genetische mutaties. Handig bijvoorbeeld voor voedselinspecteurs die snel het genoom van een bacterie of virus willen ontrafelen. Of voor biologen die midden in de rimboe een mutatie in planten willen vaststellen, of doktoren die aan het bed van hun patiënt wat genen willen sequensen. Wie weet loopt elke arts binnenkort rond met standaard wat van zulke ‘USB-sticks’ in zijn zak.
Duizend-dollar-genoom
Of de nanoporie-apparaten van Oxford Nanopore de gehele DNA-technologie echt zo drastisch gaan revolutionaliseren valt nu nog niet te zeggen. Er zijn tot nu toe alleen resultaten bekend waarin het DNA van een simpel virus is bepaald, dat slechts uit vijfduizend DNA-letters bestond. Het bedrijf is nog niet op de proppen gekomen met resultaten van het drie miljard letters tellende menselijke genoom.
En dat is natuurlijk precies wat we met nieuwe DNA-afleesmachines willen bereiken: binnen één dag voor minder dan duizend dollar een menselijk genoom aflezen. Volgens Oxford Nanopore moet de MinION het binnen zes uur voor negenhonderd dollar kunnen. Maar zoals gezegd, moet de nanoporie-methode zich eerst nog bewijzen. Pas eind dit jaar zullen we weten of de techniek standhoudt en of de GridION en MinION geduchte rivalen zijn in de duizend-dollar-genoom competitie.
Oxford Nanopore Technologies
Nanoporiën
Een nanoporie is een piepklein gaatje van een paar nanometer breed, dat bestaat uit een eiwit verankerd in een membraan. Op dat membraan staat een elektrische spanning, waardoor er een stroom door de porie loopt. Het DNA-molecuul wordt naar de porie toegetrokken door een toegevoegd enzym dat zich aan de uiteinden van de DNA-strengen bevindt. Het enzym grijpt zich vast aan de porie en trekt dan de twee DNA-strengen uit elkaar, waardoor er één streng door het gaatje glipt. Dat passeren van de DNA-streng verstoort de stroom door de porie. Omdat elke letter waar DNA uit bestaat (A, C, G en T) unieke elektrische eigenschappen heeft, kan een sensor meten welke van de vier letters op dat moment de porie passeert.
