Menu Close

Nieuwe methode spoort bliksemsnel defecte genen op

TIJDENS EEN KORT spreekuurbezoekje laat de patiënt door de dokter een druppeltje bloed afnemen. Amper een paar uur later is de inhoud van het reageerbuisje geanalyseerd, en kan de patiënt de testresultaten bij de balie afhalen. Hij heeft een virusziekte onder de leden, luidt de conclusie – maar tegelijk is even aangetoond dat hij ook een erfelijke aanleg heeft voor bepaalde typen kanker en drager is van twee bekende erfelijke ziekten.

Dat toekomstbeeld is een flinke stap dichterbij gekomen met de ontdekking afgelopen jaar van alweer een nieuwe methode om DNA-moleculen, de dragers van de erfelijke informatie, te analyseren. De nieuwe methode, de ‘ligase-kettingreactie’ (LCR) genoemd, kan zowel de genetische diagnostiek als het fundamenele onderzoek in het laboratorium in een nieuwe stroomversnelling brengen.

De ligase-kettingreactie zou de opvolger van een andere techniek, de ‘polymerase-kettingreactie’ (PCR), genoemd kunnen worden. Ook de PCR-methode wist sinds de uitvinding ervan, in 1980, een revolutie in het DNA-onderzoek te ontketenen. Dankzij PCR is het mogelijk uiterst kleine hoeveelheden DNA binnen enkele uren miljoenen keren te kopiëren, zodat voldoende van de stof ontstaat om allerhande experimenten uit te voeren. Het maakt nauwelijks uit in welke vorm het oorspronkelijke stukje DNA beschikbaar is: een menselijke haar, een druppel bloed van de plek van een misdaad, een beetje sperma op het lichaam van een verkrachtingsslachtoffer, een stukje weefsel uit een duizenden jaren oude mummie of een in het ijs bevroren mammoet – de toepassingen kennen geen grenzen. Bovendien is de methode met eenvoudige middelen uit te voeren – een reageerbuis, enkele chemicaliën en een oventje volstaan.

Toch kent de PCR-methode wel beperkingen. Een daarvan is, dat de methode ook niets méér doet dan het ongebreideld kopiëren van stukjes DNA. Wie wil weten wát er vermenigvuldigd is, ontkomt niet aan ingewikkelde en tijdrovende technieken om de genetische code, de volgorde van de basen op het DNA-molecule, te ontrafelen.

De nieuwe LCR-methode zou juist aan dit ongemak een einde kunnen maken. De methode berust op de werking van een ligase-enzym, afkomstig uit de bacterie Thermus aquaticus, die zoals de naam al aangeeft de moeilijke levensomstandigheden in heet-waterbronnen trotseert. Een van de onderzoekers die werkt aan de methode, F. Barany van de Newyorkse Cornell-universiteit, deed hetzelfde, overigens met minder succes: hij liep ernstige brandwonden op, toen hij bij het verzamelen van bacteriën per abuis in bronwater van zeventig graden belandde.

Aan de hittebestendige bacterie werd in het laboratorium een ligase-enzym onttrokken, een stof die losse stukjes DNA aan elkaar kan plakken. Bij de LCR-methode maken de onderzoekers van deze eigenschap handig gebruik.

De methode zelf berust op een ingewikkeld maar elegant principe. Voorop staat dat de onderzoekers weten welk stukje DNA ze willen opsporen. Dat kan een deel van een bepaald virus zijn, of het menselijke gen voor een bepaalde erfelijke eigenschap. Maar er kan ook worden gezocht naar een bekende ‘mutatie’: een soms minieme ‘spellingsfout’ in de genetische code, die het gen onwerkzaam maakt en zo tot een erfelijke ziekte aanleiding geeft.

Om met de LCR-methode te bepalen of een gevraagd stukje DNA aanwezig is, wordt dat stukje eerst in een laboratorium nagemaakt, en vervolgens chemisch in tweeën geknipt. Aan beide helften wordt een soort merkteken gehangen, dat later moet helpen bij de identificatie van het eindproduct. Het merkteken kan een stofje zijn dat eerst radioactief of fluorescerend is gemaakt, of één dat aan de wand van een buisje blijft plakken.

Wanneer het mengsel bij het monster wordt gevoegd, gaan beide helften op zoek naar delen van het DNA met een overeenkomende code. Wanneer het gezochte stuk DNA inderdaad aanwezig is, vlijen de helften zich daarop keurig naast elkaar neer. Het bacterie-ligase ziet de ‘breuk’ tussen de twee helften als ‘weeffout’ in het DNA en lijmt de stukken aan elkaar tot één volledig stukje DNA.

Het vervolg van het procédé lijkt sprekend op de ‘oude’ PCR-methode: door het reageerbuisje afwisselend te verhitten en af te koelen, wordt het lijmproces met telkens nieuwe helften herhaald, zodat na enkele uren miljoenen complete stukjes DNA zijn ontstaan. Dankzij de ‘merktekens’ op de beide helften kan ten slotte het bestaan van de volledige stukjes gemakkelijk worden aangetoond.

Wanneer op het DNA in het monster het gezochte stuk niet aanwezig is, of wanneer de genetische code erop iets afwijkt, zullen de twee DNA-helften niet recht naast elkaar komen te liggen. Eventuele lijmpogingen zijn daardoor tot mislukken gedoemd en er ontstaan geen complete stukjes DNA.

Hoewel het LCR-procéde nog in een experimenteel stadium verkeert, tonen onderzoekers zich optimistisch over de toekomstmogelijkheden. De methode is inmiddels met succes toegepast, bij voorbeeld om de mutatie in het hemoglobine-gen op te sporen die ‘sikkelcel-anemie’ veroorzaakt. Ook is al een test ontworpen die in één klap tien verschillende mutaties kan opsporen, waaronder de oorzaak van de ‘taaislijmziekte’ (cystic fibrosis).

De mogelijkheden voor nog veelomvattender tests zijn vooralsnog begrensd, omdat alle DNA-stukjes verschillende merktekens moeten hebben, en de voorraad daarvan is beperkt.

Voorlopig lijkt de LCR-methode maar één nadeel te hebben: er is meer DNA voor nodig dan voor de PCR-methode. Daarom zijn onderzoekers al begonnen de twee procédés te combineren. Het resultaat zal zijn een diagnostische test waarmee binnen enkele uren een minieme hoeveelheid DNA in één keer onderzocht kan worden op de aanwezigheid van een groot aantal genetische codes. Tezamen met een snel uitdijend genenbestand, zal dat het bovengeschetste toekomstbeeld kunnen verwerkelijken. Wie daarvan de financiële vruchten gaat plukken, is nog onbekend: doordat zo veel bedrijven en wetenschappers hun steentje aan de LCR-methode bijdroegen, zullen juristen moeten uitvechten wie recht heeft op het octrooi.

Related Posts