Biofysici van de TU Delft en de Universiteit Leiden ontwikkelden een techniek die het onderzoek van individuele DNA-moleculen minstens duizend keer sneller maakt. Met deze techniek kunnen ze miljoenen DNA-moleculen binnen een week meten in plaats van jaren tot decennia. Het onderzoek is gepubliceerd in Science. Door te bestuderen hoe afzonderlijke DNA-moleculen zich gedragen, komt er meer inzicht in genetische aandoeningen. Hierop kunnen vervolgens betere medicijnen worden ontworpen.
“DNA, RNA en eiwitten zijn de belangrijkste spelers om alle processen in de cellen van ons lichaam te regelen”, legt de Leidse hoogleraar John van Noort uit. “Om het (dis-)functioneren van deze moleculen te begrijpen, is het essentieel om bloot te leggen hoe hun 3D-structuur afhangt van hun sequentie en hiervoor is het nodig om één molecuul per keer te meten.”
SPARXS-techniek
Het onderzoeksteam heeft nu dus een innovatief hulpmiddel ontwikkeld, SPARXS (Single-molecule Parallel Analysis for Rapid eXploration of Sequence space), waarmee miljoenen DNA-moleculen tegelijkertijd kunnen worden bestudeerd. Volgens de Delftse hoogleraar Chirlmin Joo kunnen nu miljoenen moleculen binnen een dag tot een week worden gemeten. Zonder SPARXS zou zo’n meting enkele jaren tot tientallen jaren duren. Daarnaast kan de techniek volgens de onderzoekers worden gebruikt om snel de beste sequentie te vinden voor toepassingen variërend van nanotechnologie tot gepersonaliseerde geneeskunde.
Om hun nieuwe SPARXS-techniek te creëren, combineerden de onderzoekers twee bestaande technologieën die nooit eerder aan elkaar waren gekoppeld: single-molecule fluorescentie en next-generation Illumina sequencing. Bij de eerste techniek worden moleculen gelabeld met een fluorescerende kleurstof en gevisualiseerd met een gevoelige microscoop. De tweede techniek leest miljoenen DNA-codes tegelijkertijd uit. Het kostte de onderzoekers een jaar om te bepalen of het combineren van de twee technieken haalbaar is en nog eens vier jaar om een werkende methode te ontwikkelen. Vervolgens duurde het volgens de onderzoekers nog twee jaar om de nauwkeurigheid en de consistentie van de metingen te kunnen garanderen.
Medische vooruitgang
Een nauwkeurigere manipulatie en begrip van DNA-sequenties gaat volgens de onderzoekers waarschijnlijk leiden tot een 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. De onderzoekers verwachten dat de komende vijf tot tien jaar genetisch onderzoek, medicijnontwikkeling en biotechnologie een positieve impuls sterk zijn verbeterd.
Data en microbolletjes
Begin dit jaar hebben TU/e-onderzoeker Bas Bögels en zijn collega’s een nieuwe methode gevonden om data langdurig op te slaan. Hij ontwikkelde gekleurde microbolletjes - proteinosomen – om DNA-bestanden afzonderlijk te kunnen verpakken. Ook optimaliseerde de onderzoeksgroep het uitleessysteem zodat opgeslagen data met zeer hoge nauwkeurigheid kunnen worden teruggehaald.
