Dna-sekventering har overhalet Moores lov
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.

Dna-sekventering har overhalet Moores lov

Da USA’s daværende præsident Bill Clinton og Storbritanniens premierminister Tony Blair i det første år af det nye årtusinde kunne præsentere verdens første sekventering af det menneskelige genom, var det en kæmpe bedrift. Sekventeringen havde taget ti år og kostet omkring 17 milliarder kroner – og selvom klapsalverne løftede taget under talerne i Det Hvide Hus, blev det faktisk først helt fuldendt i 2003.

I dag virker det enorme tidsforbrug næsten absurd. De såkaldte next generation-maskiner kan nu sekventere et menneskeligt genom på få timer til en pris på omkring 45.000 kroner.

Teknologiudviklingen har for længst overhalet Moores lov, både hvad angår hastighed og pris. Den erkendelse har også ramt den danske professor Eske Willerslev fra Statens Naturhistoriske Museum, der flere gange har vundet international anerkendelse med forskning, der rokker ved forståelsen af menneskets forhistorie. I 2010 brugte han sekventeringsmaskiner til at kortlægge genomet fra en grønlænder fra en uddød kultur, men arbejdet var knap færdigt, før maskinerne var forældede.

»Jeg kan lige så godt smide dem på lossepladsen. De er intet værd i dag,« siger Eske Willerslev, der er overbevist om, at dna-sekventering bliver almindelig praksis inden for både rets- og sundhedsvæsen om få år.

Driver forskningen

På danske hospitaler anvendes sekventeringsmaskiner allerede i forbindelse med kræftforskning og -behandling. Hvor man traditionelt giver en større gruppe patienter samme slags medicin, kan man ved sekventering af patientens kræftvæv afgøre, om medicinen overhovedet har potentiale til at virke. Mange lægemidler virker ved at blokere bestemte proteiner, og en dna-sekventering kan afgøre, om proteinerne eksisterer, eller om nye er opstået på grund af mutationer.

»Vi er vidne til en revolution. Præcisionsmedicinering er et helt nyt koncept, og det har rod i den billige sekventering,« siger Søren Brunak, der er centerdirektør på Center for Biologisk Sekvensanalyse (CBS) på DTU.

For nylig er danske og britiske læger også gået i gang med at sekventere bakterier, der er resistente over for antibiotika. På Hvidovre Hospital opbygger MRSA VidenCenter en database over generne for alle resistente bakterier i Region Hovedstaden. Ved at sammenligne nye fund af resistente bakterier med gamle fund kan databasen give svar på, om bestemte bakterier optræder i samme område.

På få måneder har projektet, under ledelse af overlæge Henrik Westh, kortlagt 319 bakterier. I takt med at databasen vokser, stiger chancerne for at afsløre smittekilder.

Kortlægning af resistente bakterier er ikke et nyt påfund, men dna-sekventeringen har enorme fordele. Traditionelt har man typebestemt bakterier ved at få en prøve til at udvikle sig, udsætte den for forskellige forsøg og undersøge bakterierne i et mikroskop. På den måde finder lægerne, typisk på en uge, bakteriens såkaldte fenotyper.

Med dna-sekventering kan lægerne i stedet typebestemme bakterien på få timer til en pris, der efterhånden er lavere end prisen på traditionel diagnostik. Og sekventering finder ikke fenotyper, men genotyper, og dermed giver den et fuldstændig præcist billede af bakterien.

»Tidligere kunne vi ikke være sikre på, at to bakterier var helt ens, fordi vi ikke kunne se undertyperne. Nu kan vi give entydige svar, og det viser sig, at der er mange flere forskellige typer bakterier i hovedstaden, end vi gik og regnede med,« siger Henrik Westh.

På længere sigt håber han at lave et diagnostisk redskab, der på minutter kan tjekke alle på vej ind på sygehuse for bestemte bakterier, hvis et sygdomsudbrud er i gang.

Lykkeligt uvidende

En voksende udfordring er dog de enorme datamængder, og allerede i dag – med 319 bakterier – begynder computerens analysearbejde at tage tid. På et år kan Henrik Westh kortlægge et par tusinde bakterier, og det kræver en ny løsning.

»På længere sigt kan man forestille sig, at sekventeringen sker på maskiner i den enkelte lægepraksis, mens datalagring og -bearbejdning sker centralt,« siger professor Frank Aarestrup. Han er forskningsleder på Center for Genomic Epidemiology på DTU, som netop arbejder på et informationssystem, der kan overvåge sygdommes spredning. I sin krystalkugle ser han en helt ny udfordring:

»I takt med at læger får helt ny viden om bakterier og smitteveje, vil vi formentlig opdage en lang række sygdomme, vi har været ‘lykkeligt’ uvidende om før,« siger han.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Næste generation vil nok ryste på hovedet over nutidens praksis med grundlæggende samme medicinering til alle.

Men behovet for detaljeret viden om korrelationen mellem gener og medicin må på det nærmeste eksplodere..?

  • 1
  • 0

Det skal selvfølgelig tilføjes at den aktivt udtrykte del af DNA, der bliver lavet til mRNA (som bliver lavet til proteiner), følger samme udvikling. mRNA'en undersøges ved at omdanne den tilbage til DNA og så bliver den undersøgt på samme maskiner. På den måde for man den aktive del af gen-udtrykket og det driver samme udvikling inden for bla. sygdomsforskning.

  • 2
  • 0

"Moore's law is the observation that, over the history of computing hardware, the number of transistors on integrated circuits doubles approximately every two years."
- https://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law

Hvad har dette med Moores lov at gøre? Det vil være omtrent lige så intetsigende at sige at dna-sekventering har overhalet inflationen (og dog, det ville faktisk næsten give mening, såfremt man snakkede om prisen for dna-sekventering).

  • 8
  • 2

Indenfor mikroprocessorer har Intel nu haft 3 generationer af CPU'er med ca. samme transistorantal i CPU kernerne. Dvs. 32nm Sandy Bridge, 22nm Ivy Bridge og 22nm Haswell. Samme fire CPU kerner, samme 8 mb cache osv.. Kun den integrerede GPU vokser. Så Moores lov er tæt på død. Ihvertfald er den skindød.

  • 3
  • 5

Sammenligningen går naturligvis på den eksponentielle udvikling. Fra 2001 til 2007 ser vi noget der tilnærmelsesvis ligner en lige linje på den logaritmiske skala men så sker der noget. De næste 4 år falder prisen til en tusindedel for derefter at flade ud igen.

  • 0
  • 0

Det er en spændende udvikling og selve teknologien der foregår i de nuværende next-gen seksventeringsystemer er intet mindre end utroligt. Tag og læs op på det. Udover Illuminex kan jeg fx. nævne Roche' 454 system som virker en anelse anderledes. Next-next-gen sekventering er også et spændende område.

Det næste store fremskridt bliver protein sekventering som idag er svært og dyrt, men når vi kan sekventere proteomet (billigt) er mulighederne meget større end med genomet, da vi kan undgå de ulemper der er ved at tolke på gensekventering og/eller transkriptionsprodukter (fortæller om DNA expression, mRNA, miRNA osv), som sjældent giver et billede af hvad der rent faktisk foregår på protein niveau.

  • 2
  • 0

Jeg forestiller mig at relationen til Moors lov, om ikke andet siger noget om at hvis hastigheden fortsætter med at stige for Gen-sekvensering og prisen med at falde med en hastighed der ligger langt over Moors lov, vil vi på (relativt) kort sigt få en flaskehals der hedder datalagring og ikke mindst databehandling. Ganske enkelt fordi computerkraften begynder at være for lille til det enorme mængder data der vil genereres over alt, fra sygehuse over den private lægepraksis, til folks eget hjem (den dag man laver gensekvensering lige så let om man i dag måler blodtryk hjemme)...

… eller også er det bare fordi alle Ingeniører kender Moors lov, og det var en sjov sammenligning der før flere til at læse artiklen... Formidlingsværdi og meningsfyldthed er jo ikke nødvendigvis det samme ;-)

  • 0
  • 0

Indenfor de sidste 2-4 år er det fladet ud ja. Indtil da, mener jeg at Moores lov er fulgt, så vidt jeg husker fra en artikel på extremetech.com

Satsningen på mobile- og lavenergiløsninger, synes også værende mere aktuel, end at presse flere transistorer ind på et lille areal. Man har således fulgt økonomien og optimeret mere på det man har.
Så jo, jeg kan godt se at Moore's lov ikke følges længere i nyere tid ang. transistorantal.. :)

  • 0
  • 0

Datalagring er allerede et problem. Et kommercielt next-gen sekventeringssystem vil faktisk sekventere det komplette gennom 40-50 gange i løbet af et run, for at kunne give et entydigt resultat. Alle disse data skal lagres og derefter analyseres før du kan få spyttet ét genom ud i den anden ende. Det er TB der snakkes per genom.

  • 0
  • 0

Nemlig, og det er endda kun toppen af isbjerget.

DNA sekventering fortæller os, om DNAet er muteret (eller om der er fx interessante splice varianter), men ikke om generne er mere eller mindre udtrykt.

RNA sekventering fortæller os dette, altså hvor meget mRNA der er til stede, men ikke direkte noget om hvor meget af RNAet der rent faktisk bliver translateret til protein.

Proteomics kan give os et billede af, hvor mange og hvilke proteiner, der er til stede (men det er en lidt besværlig - og dyr - metode, og endnu ikke specielt følsom), og om de er modificeret (eller nedbrudt).

Epigenomics er noget af alt det der sker "ved siden af", som regulering på microRNA niveau (et stort og kompliceret regulatorisk netværk), methylering (af DNA fx), acetylering (af histonerne fx, som bestemmer om DNAet åbner (og derved kan læses og blive oversat til RNA) eller lukker (og dermed også lukker ned for genekspressionen), etc.

Hertil kommer at alle oversående -omics teknologier (måske bortset fra DNA sekventering) kun er øjebliksbilleder af det biologiske system, og at der er enorm variation, både imellem patienter (og raske) og inden for samme individ, fx i form af døgnvariation (hormonel, dag/nat, temperatur, fødeindtagelse, motion, stress, etc., etc.).

Så selv om vi er kommet langt teknologisk, så er der stadig en erkendelsesmæssig udfordring i at forstå kompleksiteten af de systemer vi undersøger.

Hertil kommer at vores behandlingssystem halter meget langt efter vores diagnostiske potentiale. Forstået på den måde, at nok er vi blevet dygtige til at forstå og i nogen tilfælde forudsige sygdomsforløb og sætte prognoser baseret på molekylær patologi (som DNA og RNA sekventering er), men herfra og til at omsætte denne - begrænsede - viden til ny og mere effektiv behandling, fx mod kræft eller Alzheimer, der er meget langt ...

Så selv om jeg deler teknologibegejstringen og de muligheder den giver os, så befinder vi os stadig kun på toppen af isbjerget. Men udsigten (for en bioinformatiker) er god .-)

  • 2
  • 0

Hørt! Godt at du lige gør opmærksom på, hvor kompleks problematikken er.

I "gamle dage" lærte vi at alt sammen ved et individs egenskaber er genetisk bestemt via kromosomerne, men på det sidste er man blevet klar over at der også er noget, der hedder epigenetik, altså som du skriver at nogle dele af et kromosom er inaktive, mens andre dele er aktive. Nogen af disse faktorer er bestemt af miljømæssige faktorer, endda miljømæssige faktorer som har påvirket tidligere generationer.

Det er noget af et puslespil at få styr på!

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten