Voor de ontrafeling van het erfelijk materiaal van virussen, bacteriën, planten, dieren en van de mens gebruiken onderzoekers sequencers. Die apparaten lezen de code van het DNA als een computercode, alleen bestaat het erfelijk materiaal niet uit enen en nullen maar uit vier letters: A, C, G en T.

Kennis van de menselijke genetische code geeft niet alleen inzicht in erfelijke eigenschappen, zoals haar- en oogkleur, maar kan ook duidelijk maken hoe groot het risico is dat iemand heeft op een bepaalde vorm van kanker.

De machines voor DNA-analyse zijn de afgelopen jaren steeds sneller en goedkoper geworden. Het liefst zien genetici de prijs voor de ontrafeling van de volledige menselijke code onder de 1000 dollar duiken (goed 750 euro).

Begin maart claimde het Amerikaanse bedrijf Ion Torrent –een dochteronderneming van het grote bedrijf Life Technologies– dat zijn nieuwe machine, de Ion Proton Sequencer, het ”1000 dollargenoom” kan realiseren. Hij kan de genetische code bovendien in een dag ontrafelen, waar de huidige apparaten daar nog weken tot maanden voor nodig hebben, tegen een kostprijs van 5000 tot 10.000 dollar (circa 3825 tot 7650 euro).

Het Britse bedrijf Oxford Nanopore meent dat nog sneller te kunnen. Maar waar ze bezoekers van een belangrijk congres voor genoomonderzoekers vorige maand vooral mee verrasten, was een sequencer ter grootte van een forse usb-stick.

Wie de MinIon in de usb-poort van een laptop of computer steekt, weet binnen een paar uur de genetische code van een virus of een bacterie. Omdat het apparaatje maximaal 1 miljard basen aankan, is het niet geschikt voor analyse van een volledig menselijk genoom. Als voorbeeld presenteerde de fabrikant de code van een bacteriofaag, lambda, 48.000 basen groot, dat in één lange sliert wordt afgelezen. De MinIon is voor eenmalig gebruik en moet tegen het einde van het jaar op de markt komen. Kosten: 900 dollar (bijna 700 euro).

Op het congres presenteerde het Britse bedrijf ook de GridIon, de ‘grote broer’ van de MinIon. De afmetingen zijn vergelijkbaar met die van een videorecorder. Hij werkt ook een beetje hetzelfde: een cassette met het DNA-monster en de benodigde vloeistoffen schuift het apparaat in, zoals een videoband vroeger de recorder in ging. Na gebruik gaat de cassette gewoon in de prullenbak. Medewerkers meldden dat de GridIon zo’n 30.000 dollar (bijna 23.000 euro) zal kosten.

Zowel de MinIon als de GridIon maakt gebruik van een nieuwe techniek: ”nanopore sequencing”. De verschillende letters van een DNA-streng worden afgelezen terwijl deze door een microscopisch kleine porie gaat, zoals iemand een sliert spaghetti naar binnen zuigt.

De porie wordt gevormd door eiwit dat door een plastic membraan steekt. Wanneer de verschillende letters van de DNA-keten door het ‘poortje’ gaan, geeft dat minieme veranderingen in de stroomsterkte. Een elektronische chip registreert die kleine wijzigingen. Doordat elk van de vier basen de stroomsterkte op een eigen manier verandert, kan hiermee de volgorde van de bouwstenen worden bepaald.

Deze techniek zou sneller zijn dan die van de gangbare sequencers. Die maken namelijk gebruik van fluorescente labels voor het vaststellen van de DNA-lettercode. Dat kost tijd, want de labels moeten aan de basen worden geplakt. Bovendien moeten de labels voldoende licht afgeven. Dat vereist vermenigvuldiging van het DNA, en ook dat kost tijd.

„Een groot voordeel van nanopore sequencing is dat het monster snel en gemakkelijk te bereiden is”, zei dr. Elaine Mardis, geneticus aan de Washington University in St. Louis, tegen The New York Times. „De nanoporetechniek kan bovendien een DNA-streng van tienduizenden letters in één keer aflezen. Op dit moment kunnen de meeste sequencers stukjes aan van zo’n 30 tot maximaal een paar duizend basen. De codes van al die korte fragmenten moeten vervolgens in de computer weer aan elkaar worden geplakt.”

Willen genoomonderzoekers warmlopen voor de nanoporetechniek dan moet de nauwkeurigheid nog wel verbeteren, stelt Mardis. „Het product heeft een foutenmarge van 4 procent; te hoog voor veel toepassingen, zoals het bepalen van een genetische afwijking bij patiënten.”

In eerste instantie zal een cassette voor de GridIon 2000 poriën bevatten. Daarmee kan het apparaat honderdduizend basen per seconde lezen. In 2013 moet er een versie op de markt komen met 8000 gaatjes. Wanneer twintig apparaten van dit laatste type in een netwerk opereren, moet het mogelijk zijn om in vijftien minuten een volledig menselijk genoom af te lezen; alle 3 miljard letters, zo stelt Oxford Nanopore. Het bedrijf schat dat de kosten voor zo’n analyse op 1500 dollar (1150 euro) per persoon uitkomen.

Daarmee zijn ze duurder dan concurrent Ion Torrent. De belangrijkste vraag voor genoomonderzoekers is ondertussen of de apparaten hun beloften ook echt zullen waarmaken. Het is eerder voorgekomen dat een bewierookte sequencer in de praktijk tegenviel.

Toch waren veel wetenschappers die het congres in Florida bezochten onder de indruk van de presentatie en de lovende woorden waren niet van de lucht. Ook Mardis moet erkennen: „Als het werkt, betekent het een ware doorbraak voor het genoomonderzoek.”

Wel of niet weten

Bepaling van de volledige genetische code van een mens komt binnen handbereik, en daarmee de mogelijkheid van screening op tal van erfelijke aandoeningen. Hoe om te gaan met die informatie?

„De discussie lijkt erg op die rond het elektronisch patiëntendossier, waarbij persoonlijke medische gegevens in een groot netwerk zitten waar artsen snel bij kunnen”, zei Guido de Wert, hoogleraar ethiek en erfelijkheidsonderzoek aan de Universiteit Maastricht, eerder tegen Kennislink. „Wanneer iemands volledige DNA-volgorde in een computer staat, komt daar echter nog een extra probleem bij kijken. Een heel genoom van een mens bevat ook informatie over ziekten die niet behandelbaar zijn, zoals alzheimer. Omdat deze informatie belastend kan zijn, is het extra van belang dat vooraf goed wordt overlegd over wat de persoon in kwestie wel en niet wil weten; zijn recht op weten en zijn recht op niet-weten zijn even belangrijk.”