Je leest:

Het genoom ontrafeld

Het genoom ontrafeld

Auteur: | 18 november 2009

Steeds vaker zeggen wetenschappers dat ze van een plant of dier het genoom ontrafeld hebben. Wat ze daarmee bedoelen is dat ze de bouwplannen voor de cel kunnen lezen. Om het genoom te ontrafelen gebruiken ze een ingewikkelde techniek en de systemen van het lichaam zelf.

‘Het genoom’ is eigenlijk een naam voor de verzameling van alle genen. Een gen is een eigenschap van het lichaam van bijvoorbeeld een plant of dier. Sommige eigenschappen zijn duidelijk zichtbaar, zoals oogkleur. Andere eigenschappen zijn aan de buitenkant niet zichtbaar, zoals je bloedgroep.

Ondanks dat die genen zo belangrijk zijn, doen ze zelf helemaal niets. Het zware werk in de cellen van je lichaam wordt gedaan door eiwitten die allemaal een of twee taken hebben. Een gen beschrijft alleen hoe een eiwit eruit moet zien. Het is eigenlijk een soort bouwplan.

Dna dubbele helix.png
Het DNA-molecuul heeft de structuur van een dubbele helix. In het DNA liggen de bouwplannen van onze eigenschappen opgeslagen.
Wikimedia Commons, vrijgegeven in het publieke domein

Al deze bouwplannen, een mens heeft er ongeveer dertigduizend, zijn opgeslagen in het grote geheugen van elke cel: het DNA. Dit DNA is als een soort boek waarin staat hoe alle eiwitten eruit moeten zien. Dit boek is geschreven in een alfabet met maar vier letters. Als wetenschappers zeggen dat ze een genoom ontrafeld hebben, bedoelen ze dat ze de volgorde van die letters bepaald hebben. Ze kunnen dan beginnen met het lezen van het boek.

Vier letters

Natuurlijk zitten er in je lichaam geen repen papier met letters erop. Om de genen te onthouden gebruikt de natuur een handige truc. Wat wij nu letters noemen, zijn afkortingen van de namen van vier verschillende moleculen, die basen worden genoemd. Dit zijn Guanine, Adenosine, Cytosine en Thymine. De letters worden dan G, A, C en T. Deze moleculen hangen in de juiste volgorde aan een ketting van suikermoleculen. Aan elk suikermolecuul zit een base. Dit noemen we DNA.

Medium
Opbouw van een stukje DNA in detail. In het midden de basen A, T, G en C. A kan alleen binden aan T en G kan alleen binden aan C. De paarse vijfhoeken waar de basen aan vast zitten, zijn suikermoleculen. Zij worden verbonden via fosfaten (gele rondjes).

Twee van deze slierten vormen samen de bekende helix. Die wordt bij elkaar gehouden doordat de letters vaste paren vormen. De C en de G passen precies op elkaar en de A en de T ook. Ze trekken elkaar zelfs aan. Deze basenparing maakt het DNA een stuk stabieler. Een gen bestaat uit een lange reeks van deze vier letters. Deze reeks kan per gen duizenden basenparen lang zijn.

De code lezen

Het DNA is te klein om onder een microscoop goed te kunnen zien, dus om de code te weten te komen moeten ingewikkelde technieken gebruikt worden. Een van de belangrijkste hulpmiddelen daarbij is het speciale kopieerapparaat uit de cel zelf.

Voor alle levende wezens geldt dat het DNA ooit eens gekopieerd moet worden. Als je groeit maak je veel nieuwe cellen aan. Al het DNA moet in elke cel aanwezig zijn, dus er is een hele groep eiwitten speciaal om DNA te kopiëren.

Deze groep eiwitten trekt eerst de twee strengen uit elkaar. Andere eiwitten gaan dan een voor een alle basen op een streng af en zetten de base die er op past, met suikermolecuul eraan, er tegenover. Een suikermolecuul met base eraan wordt nucleotide genoemd. Als de base past worden de nucleotiden aan elkaar gekoppeld en ontstaat er een nieuwe DNA streng. Dit gebeurt ook met de streng die er in de eerste plaats vanaf getrokken was en op deze manier houd je twee helices over in plaats van een.

Medium
Verdubbeling van het DNA. Met een speciale knip- en plaktechniek worden de twee DNA-strengen eerst uit elkaar getrokken en vervolgens aangevuld met complementaire basen. Zo ontstaan uiteindelijk twee identieke DNA-moleculen.

Hoe kan dit gebruikt worden om de code te lezen? Wetenschappers hebben alle eiwitten die nodig zijn om DNA te kopiëren geïsoleerd. Door een streng DNA, de eiwitten en voldoende nieuwe nucleotiden bij elkaar te doen, wordt de streng vanzelf gekopieerd. Sommigen van die nucleotiden hebben ze echter een beetje veranderd. Ze hebben er een label aan gehangen, bijvoorbeeld een radioactief atoom of een extra molecuul dat fluorescent is, en ze hebben er voor gezorgd dat aan de speciale nucleotiden geen nieuwe meer gezet kunnen worden.

Om de code zichtbaar te maken voer je het kopieerproces nu vier maal apart uit. In elk geval voeg je een ander speciaal nucleotide toe; een maal met de A, een maal met de T, een maal met de G en een maal met de C. Natuurlijk doe je er ook nog veel meer normale bij.

Als nu het DNA gekopieerd wordt, zal af en toe een speciaal nucleotide ingebouwd worden. Omdat hier geen nieuwe meer aan gezet kunnen worden, wordt er gestopt met kopiëren. De onafgemaakte streng wordt er af gehaald en het proces begint opnieuw. Op deze manier worden allemaal strengen gemaakt die een verschillende lengte hebben. In de ene set eindigen ze allemaal op een A, in de andere allemaal op een G, enzovoorts.

Medium
Schematisch overzicht van de ‘sequencing techniek’. Bovenaan zie je het stukje DNA dat bekeken gaat worden. In de vier flesjes in het midden zit een speciale vorm van iedere base. Door toevoeging van zo’n speciale vorm krijg je stukjes DNA van verschillende lengten (linksonder). Je kunt dan precies aflezen welke base op welke plaats in de originele DNA-streng thuishoort.

DNA scheiden

Omdat de strengen binnen een set een andere lengte hebben, kun je ze daarop gaan scheiden. Het DNA wordt van elkaar gescheiden met behulp van elektrische spanning. DNA is negatief geladen en wordt dus door de positieve pool aangetrokken. Hierdoor wordt het door een gel heen getrokken, die het op zijn beurt weer DNA afremt. Hoe groter het stuk DNA, hoe meer weerstand, hoe moeilijker het door de gel heen gaat. Kleinere stukken gaan er makkelijker doorheen. De kleinere stukken komen dan ook verder dan de grote stukken. Als na een tijdje de stroom uitgezet wordt, blijft het DNA op zijn plaats, keurig op grootte gesorteerd.

Door de strengen die eindigen op een A, G, C en T naast elkaar door de gel te laten lopen, valt de volgorde van de basen, met behulp van het label dat er aan zit, gemakkelijk af te lezen. Een fluorescent label wordt zichtbaar door met het juiste licht te beschijnen. Bij radioactieve labels wordt gebruik gemaakt van een fotografische plaat, die door een apparaat “bekeken” wordt.

Aflezen dna profiel
Op een gel ‘lopen’ korte stukjes DNA verder naar beneden dan lange stukken. Wetenschappers kunnen zo de code van ons genoom makkelijk aflezen.

Het ontrafelen van het genoom van de mens heeft vele jaren geduurd. Sinds die tijd zijn er gelukkig apparaten ontwikkeld die dit geautomatiseerd doen en als resultaat netjes digitaal de code leveren. Dit kan tegenwoordig zelfs zo snel, dat in mei 2008 het eerste genoom van een vrouw is gepubliceerd. Dit heeft wetenschappers van het LUMC in Leiden slechts tien weken werk gekost. Ter vergelijking; het Human Genome Project, dat tot doel had als eerste het menselijke genoom te ontrafelen, had ongeveer tien jaar nodig voor dezelfde klus. Dat is dus een aardige vooruitgang.

Natuurlijk zijn met het ontrafelen van het genoom nog geen echte problemen opgelost. Om te weten te komen wat al die genen in het lichaam doen en wat ze bijvoorbeeld met bepaalde ziekten te maken hebben is nog jaren van onderzoek nodig. Zonder deze moderne technische mogelijkheden is dat tegenwoordig echter bijna ondenkbaar.

Dit artikel is een publicatie van Kennislink (correspondentennetwerk).
© Kennislink (correspondentennetwerk), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 18 november 2009

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.