Zondag 16/05/2021

Dit ding gaat uw leven veranderen

De complete DNA-code van een mens lezen in een kwartier. Genen lezen met een goedkope USB-stick waarin je wat DNA druppelt. Nog dit jaar wordt het mogelijk. 'Al die futuristische dingen waarover we het al jaren hebben, staan nu opeens voor de deur.' Maarten Keulemans

mper 20 minuten duurde de presentatie. Maar zij die erbij waren op het congres voor 'Advances in Genome Biology and Technology' op het tropische eilandje Marco Island bij Florida, verlieten de congreszaal overrompeld en verbluft.

"Indrukwekkend, geloofwaardig, mogelijk verbazingwekkend", liet het hoofd DNA-onderzoek van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en Harvard zich ontvallen. "Als dit werkt, verandert het de regels van het spel", verklaarde de onderzoeksleider genetica van de Washington University. "Dit kan de geneeskunde voorgoed veranderen", zei de expert van de universiteit van Maryland.

Het was dan ook niet niks wat het Britse bedrijfje Oxford Nanopore goed een week terug in Florida ontvouwde. Het bedrijf, zeven jaar geleden afgetakt van de universiteit van Oxford, wil nog dit najaar een systeem op de markt brengen om supersnel en goedkoper dan ooit DNA-codes te lezen. Gebaseerd op een techniek waarbij het DNA razendsnel door een minuscuul gaatje wordt getrokken, "alsof je heel snel een sliert spaghetti opslurpt", zoals Oxford Nanopore-topman Gordon Sanghera het verwoordde.

De revolutie komt als een meertrapsraket. Voor de laboratoria en de ziekenhuizen wil Oxford Nanopore een apparaat zo groot als een koelkast op de markt brengen dat het volledige DNA van een mens in een kwartier tijd en voor amper 1.500 euro kan aflezen. Ter vergelijking: het eerste complete mensengenoom in kaart brengen kostte haast 3 miljard euro, en duurde van 1990 tot 2003.

Zo mogelijk nog spectaculairder is de 'MinION' van Oxford Nanopore, een soort groot uitgevallen USB-stick van nog geen 700 euro, die kleinere strengen DNA analyseert. Plug hem in op de laptop, DNA erin, en even later verschijnt de genetische 'blauwdruk' van de ziektekiem of het plantje in kwestie op het scherm.

En vergeet de concurrentie niet. Een paar weken geleden nog zorgde het bedrijf Ion Torrent Systems op de beurs voor consumentenelektronica CES in Las Vegas ook al voor openvallende monden, met een supersnelle genenlezer met de ietwat stalinistisch aandoende naam Proton Ion Sequencer. De machine, die oogt als een kantoorprinter en eveneens dit najaar op de markt komt, kan de complete DNA-volgorde van een mens in één dag tijd voor nog geen 750 euro aflezen. Niet verwonderlijk dat de kloeke genenlezer onmiddellijk door de vakpers werd bewierookt. Hier stond "het coolste nieuwe apparaat van het moment", jubelde zelfs het strenge zakenblad Forbes.

Bouwtekening

Stop even. We hebben het hier over nogal wat. DNA vormt immers de basis van wie we zijn, de plattegrond voor de talenten en aandoeningen waarvoor we in biologische zin aanleg hebben, de routekaart voor hoe we aan elkaar verwant zijn. Het is de ruwe biologische bouwtekening van alles wat leeft, van mens tot microbe, van kankercel tot virus, van het gewas op de akker tot de plantjes in de achtertuin.

Daarin kunnen kijken met handzame, goedkope apparatuur betekent nogal wat. Zoiets als de overgang van buizentransistoren naar microchips, zegt de Delftse nanowetenschapper en biofysicus Cees Dekker, zelf een van de pioniers van de gaatjestechniek. "In de jaren 60 hadden we ook niet gedacht dat de micro-elektronica ervoor zou zorgen dat de communicatie vandaag totaal anders zou verlopen. De ontwikkeling van genetische screening gaat de gezondheidszorg, maar ook de manier waarop we in het leven staan, volledig veranderen."

Denk aan artsen die ter plekke bepalen welke bacterie een patiënt onder de leden heeft. Aan ziekenhuizen die de behandeling van kanker afstemmen op de manier waarop een tumor genetisch in elkaar steekt. Aan archeologen die ter plekke bepalen wat de herkomst is van het stuk geraamte dat ze hebben gevonden.

Maar denk ook aan paparazzi die in het DNA van een beroemdheid snuffelen op zoek naar aanleg om vreemd te gaan (een haar of gebruikte lepel is al genoeg). Aan familieleden die in elkaars DNA spieken om hun verwantschap te controleren. Hackers die DNA-codes op internet zetten. Verzekeraars en werkgevers die wellicht DNA-controles willen.

"Al die discussies waarover we het al tientallen jaren hebben, staan nu opeens op de stoep", zegt Dekker. "Op het moment dat je je genoom kent (de complete DNA-volgorde, red.), kun je dingen zeggen als: mijn kans op alzheimer is klein, mijn aanleg voor prostaatkanker is groot. Je hebt dan een soort kansspectrum, waarop je je gedrag of wat je eet al dan niet gaat aanpassen. Dit komt allemaal heel dicht bij het dagelijkse leven."

Herculische opgave

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 foutenmarge 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 550.000 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.

De manier waarop Oxford Nanopore het doet, is gebaseerd op een idee van de Amerikanen Daniel Branton en David Deamer uit de jaren 90. De genenlezer werkt met een dun plakje kunststof met daarin microscopisch kleine gaatjes. Op die gaatjes zit een eiwit gemonteerd, waardoorheen een tunneltje loopt van 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 enkele duizenden exemplaren van deze krant, 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 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. 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."

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."

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234