Nederlandse onderzoekers ontwikkelden een methode om veel verschillende DNA-moleculen tegelijk te analyseren, in plaats van één voor één. Daarmee wordt onderzoek aan de structuur van DNA zo’n duizend keer sneller.
Door de opbouw van DNA-moleculen te analyseren kunnen onderzoekers genetische aandoeningen beter begrijpen. Dat is van belang voor gepersonaliseerde geneeskunde en gentherapieën.
Tot nu toe was het onderzoeken van afzonderlijke DNA-moleculen echter een traag proces. Biofysici van de TU Delft en de Universiteit Leiden hebben nu een techniek ontwikkeld waarmee dit minstens duizend keer sneller gaat.
DNA
Een DNA-molecuul bestaat uit twee in elkaar gedraaide strengen van nucleotiden. Deze bestaan uit een suikergroep, een fosfaatgroep en een van de stikstofbasen adenine, guanine, thymine of cytosine. Een DNA-sequentie is de volgorde van die nucleotiden, aangegeven met de letters A, G, C en T. Deze volgorde bepaalt de driedimensionale structuur van het DNA en hoe deze door de tijd heen verandert, en dat bepaalt weer hoe het DNA-molecuul in de cel functioneert. ‘De DNA-sequentie kan dus het verschil maken tussen ziek of gezond’, zegt moleculair biofysicus Ivo Severins van de TU Delft.
Metingen
Hóé de DNA-sequentie de DNA-structuur en de veranderingen daarin beïnvloedt, blijkt uit metingen. Daarvoor moest tot nu toe voor elke sequentie een apart DNA-sample worden bereid en geanalyseerd. Dat is nu niet meer nodig, schrijven Severins en zijn collega’s in het wetenschappelijke tijdschrift Science. Hun nieuw ontwikkelde methode meet een mix van moleculen met verschillende DNA-sequenties in één keer. Hierdoor kunnen miljoenen moleculen gemeten worden in een week, in plaats van in enkele tot tientallen jaren. SPARXS (Single-molecule Parallel Analysis for Rapid eXploration of Sequence space), heet deze nieuwe techniek.
Combinatie
De onderzoekers combineerden voor SPARXS twee bestaande technieken: next-generation illumina sequencing, waarmee DNA-sequenties snel zijn uit te lezen, en single-molecule fluorescentie, waarbij delen van de moleculen worden voorzien van een fluorescerend label en gevisualiseerd onder een microscoop.
Voor de eerste techniek wordt het DNA gekopieerd met fluorescente nucleotiden, waarbij elk van de vier basen (A, C, T en G) in een andere kleur oplicht. ‘De volgorde van die kleuren geeft dus de sequentie’, zegt Severins. Met de tweede techniek kan onder meer de afstand tussen gelabelde punten in het molecuul worden gemeten. Dat geeft informatie over de driedimensionale opbouw.
Voordeel
Severins: ‘Voordat we deze technieken combineerden, deden we dit soort onderzoek voor een beperkt aantal, zelf gekozen sequenties. Maar dat geeft geen overzicht van alle mogelijke structuren en functies.’ Nu de onderzoekers meerdere sequenties parallel kunnen meten, krijgen ze daar wél een beeld van.
Een vergelijkbare techniek kan ook voor RNA en eiwitten worden ingezet. Severins: ‘En als we beter begrijpen hoe de sequentie van invloed is op de structuur en de functie van DNA, RNA en eiwitmoleculen, en we dus beter begrijpen hoe deze moleculen functioneren, zouden we dat kunnen gebruiken om medicijnen te ontwerpen.’
Toekomst
Uiteindelijk kan dit leiden tot vooruitgang in medische behandelingen, zoals effectievere gentherapieën en gepersonaliseerde geneeskunde. De onderzoekers voorzien ook biotechnologische innovaties en een beter begrip van de biologie op moleculair niveau, schrijft de TU Delft in een persbericht over het onderzoek. De verwachting is dat dit soort toepassingen binnen de komende vijf tot tien jaar in zicht komen.
Openingsbeeld: Depositphotos
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.