Je leest:

Nieuw type nanogaatje om DNA mee af te lezen

Nieuw type nanogaatje om DNA mee af te lezen

Auteur: | 30 november 2010

DNA kun je aflezen door het door een piepklein nanogaatje heen te trekken. Maar het maken van goede gaatjes gaat niet zonder problemen. Een nieuw type nanogaatje, bedacht door Cees Dekker en collega’s in Delft en Oxford, moet deze problemen wegnemen. Op naar goedkoop en snel DNA aflezen.

Wanneer rolt onze DNA-code als een kassabon uit de computer?
MIT – Technology Review

Je leest er op Kennislink regelmatig over: nieuwe technieken om DNA sneller en goedkoper af te lezen. Het is één van de grote ambities van de wetenschap om over een paar jaar je complete genoom zo uit een computer te laten rollen. Je DNA vertelt bijvoorbeeld voor welke ziektes je aanleg hebt of door welke genmutaties je aan bepaalde infecties komt. Met informatie van ons DNA zouden medicijnen voor ieder persoonlijk kunnen worden afgestemd en kunnen mensen misschien preventief worden behandeld om bepaalde ziektes te voorkomen.

Een veelbelovende manier om DNA af te lezen is het trekken van een streng DNA door een piepklein gaatje van een paar nanometer groot: een nanoporie. Over het oppervlak waarin de nanoporie zit, staat een elektrische spanning. Zodra een DNA-molecuul door het gaatje getrokken wordt, verandert de spanning. Uit de mate waarin de spanning verandert, kun je afleiden welke volgorde de basen -de codeletters A, C, G en T- in het DNA hebben. Het is vergelijkbaar met hoe een ouderwetse cassetterecorder muziek afleest van een tape (zie ook de animatie hieronder).

Cees Dekker

Twee manieren

Het maken van goede, bruikbare nanoporiën is een kunst op zich. Momenteel worden nanoporiën grofweg op twee verschillende manieren gemaakt. Bij de ene manier wordt de porie gevormd door een eiwit dat zichzelf opvouwt. Dat gebeurt tot op een atoom nauwkeurig: elke porie is exact hetzelfde. Nadeel is dat de eiwitten in een zeer kwetsbaar membraan van lipides liggen, waar moeilijk mee te werken is. Bij de andere methode worden kunstmatige membranen gebruikt van bijvoorbeeld siliciumnitride, waarin nanogaatjes worden gemaakt. Dit membraan is veel steviger dan de lipidelaag van de eiwitten, maar het nadeel van deze methode is weer dat de nanogaatjes niet allemaal even groot zijn.

Artistieke weergave van hoe de eiwitten in de nanogaatjes van het membraan van siliciumnitride geplaatst worden.
Cees Dekker Lab TU Delft / Tremani

Combineren

“Waarom die twee technieken dan niet combineren?” moeten Delftse onderzoekers onder leiding van professor Cees Dekker, in samenwerking met een team onderzoekers van de Universiteit in Oxford hebben gedacht. In een online publicatie van het toonaangevende vakblad Nature Nanotechnology laten ze zien dat je een los eiwit in een nanoporie van een siliciumnitridemembraan kunt plakken. Dat combineert het beste van twee werelden: je hebt de nauwkeurigheid van het eiwit én de robuustheid van het membraan van siliciumnitride.

Het losse eiwit wordt met een slim trucje in het kunstmatige membraan gezet: het eiwit wordt aan een stukje DNA gehangen, dat door de kunstmatige nanoporie getrokken wordt. Het eiwit is te groot voor het gat en blijft klem zitten. Uit de publicatie blijkt dat in 30 tot 40 procent van de pogingen het eiwit zo met succes in het membraan werd geplaatst.

Lange stukken scannen

Een prijs als vette worst

Om de ontwikkeling van DNA-afleesmethodes aan te zwengelen, heeft de Amerikaanse X-Prize foundation 10 miljoen dollar klaar liggen voor degene die het eerst 100 menselijke genomen in kaart brengt in 10 dagen. Voorwaarden zijn wel dat er maximaal één fout per 100.000 basen gemaakt mag worden, dat de genomen elk voor minstens 98% compleet zijn en dat het bij elkaar niet meer dan 10.000 dollar per genoom mag kosten.

“Het is nog een proof of principle”, laat Cees Dekker weten. “We hebben laten zien dat het werkt, en dat je een enkele streng DNA door dit nieuwe type nanoporie kunt trekken. Het aflezen van zo’n streng is nu de volgende stap.”

Groot voordeel van de ‘nanoporie-methode’, vergeleken met andere manieren om DNA af te lezen, is volgens Dekker dat je relatief lange stukken DNA kunt scannen. “Andere methoden kunnen zo’n 100 tot 150 basenparen achter elkaar aflezen”, zegt Dekker, “maar met een nanoporie doe je er in één keer negen miljoen.”

Nu kost het in kaart brengen van je DNA nog zo’n 100.000 dollar, maar Dekker denkt dat binnen drie of vier jaar het 1000 dollar genome mogelijk is: je complete genoom scannen voor minder dan 1000 dollar. Hoewel dit dan waarschijnlijk nog niet aan de hand van nanoporiën zal gebeuren, denkt Dekker. “Het kost nog zo’n twee of drie jaar voor we met nanoporiën in staat zijn DNA af te lezen. En of het dan uiteindelijk competitief kan zijn met andere methoden zullen we gaan zien.”

Bron:

A. Hall e.a., Hybrid pore formation by directed insertion of α-haemolysin into solid-state nanopores, Nature Nanotechnology, 28 november 2010 (online) DOI: 10.1038/nnano.2010.237

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 30 november 2010

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.