Danskere smelter sig til kort over genomer
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Danskere smelter sig til kort over genomer

Forskere på DTU Nanotech har udtænkt en forholdsvis simpel anordning, i hvilken de kan aflæse de mønstre, der opstår, når DNA smeltes.

De oversigtskort over DNA'et, som de får frem, kan bruges som vejledning til at samle puslespillet af de milliarder af små stykker DNA, som man ender op med ved sekventeringer i dag. Dermed kan man få kortlagt hele genomer korrekt.

En af de forskere, der er med i projektet, er Niels Tommerup, dr.med., professor og direktør for Danmarks Grundforskningsfonds Wilhelm Johannsen Center for Funktionel Genomforskning på Københavns Universitet.

Han fortæller, at profilerne kan få afgørende betydning, for nu er det ellers computere, der må forsøge at samle de milliarder af små sekventeringsfragmenter ved hjælp af overlap og ved at sammenligne med de dele af genomet, som man eventuelt allerede kender.

»Men man ender uvægerligt med en masse små ukoblede sekvenser, som man ikke kan placere i forhold til hinanden, fordi der er gentagelser eller andet. Og der findes millioner af dyr og planter, som vi ikke kender genomet på, ligesom vi ikke kender sekvensen af op mod ti procent af menneskets genom, fordi den del er plastisk og varierer i antallet af kopier,« forklarer Niels Tommerup og fortsætter:

»Det håber vi at kunne løse med den nye teknik, for der kan vi tage rigtig store stykker DNA ud af et genom og lave en profil, som vi kan bruge som et skelet til at samle de mindre sekvenser. Vi har vist, at vi kan gøre det med 100.000 baser, men der er ikke noget til hinder for, at vi kan tage en million baser eller mere.«

Genomprofiler af alt levende

Niels Tommerup er ikke i tvivl om, at det vil revolutionere genetisk og biologisk forskning, at man kan sekventere DNA og genomer. For eksempel er der i de ti procent af menneskets genom, som endnu ikke er kortlagt, nogle af de genetiske faktorer, der ligger bag sygdomme som skizofreni og autisme. Det kan den nye teknik måske benyttes til at afdække.

I det hele taget kan kortlægning hjælpe forskere til at forstå, hvordan genomer er konstrueret, og hvordan variationer har forbindelse til sygdomme. Det kan formentlig bruges til hurtigere diagnoser og måske også til at udvikle behandlinger.

Metoden kan muligvis også bruges til studier af epigenetik - de modifikationer af DNA, f.eks. metylering, der ligger bag, at den befrugtede celle med samme arvemasse kan udvikle sig til over 200 forskellige celler og væv i kroppen. Tanken er simultant at lave et smeltekort og en DNA-metyleringsprofil. En sådan kombination af genomisk og epigenetisk information på et enkelt molekyle ville være af stor værdi i forhold til undersøgelser af heterogeniteten i væv og tumorer.

Eksempelvis kan en smelteprofil nok også bruges, hvis man hurtigt skal have svar på, om det er en farlig eller en harmløs version af en virus, man er stødt på, så man ikke behøver lave en detaljeret sekventering.

»På sigt tror jeg virkelig, at dette kan blive en utrolig interessant teknik til hurtigt at screene og få et fysisk kort over genomet på en helt anden måde, end man har kunnet gøre før. Hvis man for eksempel gerne vil have genomprofiler af alle levende væsener på Jorden, så var det måske en mulighed at bruge denne metode sammen med sekventering,« siger Niels Tommerup.

Nøglen er nanokanaler

DTU-forskerne har kort fortalt lavet et lab-on-a-chip - et mikroskopisk laboratorium på en siliciumchip. Via en mikrokanal trækkes dobbelt-strenget DNA i opløsning ind i nanokanaler med små åbninger til bufferudveksling, som gør, at DNA'et automatisk stopper og forbliver dér.

Nanokanalerne er så snævre, at DNA'et automatisk strækker sig ud til ca. 30 procent af sin fulde længde i dem. Og det fluorescerende farvestof, som DNA'et i forvejen er blevet indfarvet med, har sat sig mellem DNA'ets to strenge, hvilket gør, at man kan se det udstrakte molekyle.

»Vi bruger næsten ingen kemi, kun fysik. Vi tilsætter kun formamid for at nedsætte smeltepunktet for DNA'et, og så øger vi temperaturen med en tiendedel grad ad gangen,« fortæller Henrik Flyvbjerg, der er lektor på DTU Nanotech.

Efterhånden som DNA'et smelter i form af, at de to strenge slipper hinanden, går farvestoffet af og efterlader mørke pletter, som kan aflæses som et kort over DNA'ets basepar med en opløsning ned til nogle få tusind baser, hvilket måske kan forbedres til 100 basepar. Pletterne omsætter de til basepar ud fra en norsk teori for sandsynligheden for, at bestemte basepar smelter ved hver temperatur afhængigt af, hvilke nabobasepar, de har.

»Det var en stor opdagelse og overraskelse, at farvestoffet forsvinder i den grad, som det gør, og efterlader mørke pletter, som kan ses uden videre i et lysmikroskop. Vi mener, at det skyldes, at DNA'et er i en nanokanal, hvilket gør, at der er meget overflade i forhold til væskevolumen, og farvestoffet derfor sætter sig på overfladen i stedet for at blive i væsken,« siger Henrik Flyvbjerg.

Det hele startede med en idé til, hvordan man kunne separere dobbeltstrenget DNA, uden at de to strenge reagerede med sig selv, som de har tendens til. Tanken var, at man lagde strengene ned i en forgrening af nanokanaler, så man kunne holde dem adskilt og udstrakt, så de ikke kunne reagere med hinanden og sig selv.

Overraskende pletter

Walter Reisner, der lavede arbejdet som postdoc hos Henrik Flyvbjerg og kolleger på Risø og DTU, brugte som planlagt varme til at dele DNA-strengene og farvestof til at følge med i delingen. Men så viste de mørke pletter sig overraskende tydeligt, og forskerne indså straks, at dette kunne bruges til at kortlægge DNA.

Herefter demonstrerede de det blandt andet ved gradvist at smelte et lille stykke af kromosom 12 fra mennesket - 152.000 basepar, godt en promille - og derefter lade en computer prøve at placere dette lille stykke på kromosomet ud fra smeltekortet, hvilket den gjorde præcist.

Næste skridt er at lave et smeltekort over et helt og ukendt genom og se, om det er muligt at samle alle sekventeringsfragmenterne korrekt ud fra det.

Resultaterne er blevet publiceret i Proceedings of the National Academy of Sciences (USA) i juli og er i denne måned blevet anbefalet i tidsskiftet Nature Methods i et 'Research Highlight'.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

»Det var en stor opdagelse og overraskelse, at farvestoffet forsvinder i den grad, som det gør, og efterlader mørke pletter, som kan ses uden videre i et lysmikroskop.

Der må være smuttet et eller andet i mellem journalisten og forskerne, for det kommer vel ikke som den store overraskelse at "farven forsvinder" (det er nu nok i øvrigt kun lyset der forsvinder ;-)) når man man smelter DNA'et med tilhørende bundet fluorescens farve. Vi snakker "melt curve" -analyse af DNA og "intercalating dyes" eller hur?! Det er en del år siden jeg så et paper fra Burns et al. fra Michigan hvori de beskrev udstrækningen af DNA fragment efterfulgt at optisk excitering af et begrænset område og hermed afledt analyse af en bestemt del af dette. Siden har en del grupper arbejdet med dette og i de seneste år har den hellige gral været "nanokanaler" og isolering af DNA i og igennem disse.
Det smarte og det nye i det beskrevne er vel den statistiske korrelation og deraf afledte sekventiering, ellers har jeg ikke forstået artiklen.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten