Whole genome sequencing… WHAT?

November 2016

Oukje Bizot werkt sinds maart 2016 als relatiebeheerder bij Stichting ALS Nederland. Om meer te weten te komen over de onderzoeken waarvoor de stichting aandacht en geld vraagt, gaat ze zo nu en dan op bezoek in het ALS Centrum. Dit keer is ze te gast in het labarotorium.


Glaasje met DNA voor sequencing (letter voor letter aflezen van het DNA)

Ik ben net een beetje te enthousiast de trap opgelopen en kom duizelig en buiten adem het labaratorium van het ALS Centrum in Utrecht binnen. “Ga zitten”, zegt junior research analyst William Brands, wijzend naar een krukje naast zijn computer. Dankbaar neem ik plaats en haal mijn aantekeningenboekje tevoorschijn. Vandaag krijg ik ‘les in DNA’ en ik heb me stellig voorgenomen dat ik niet weg ga voor ik precies begrijp waarom DNA-onderzoek naar de genetische oorzaak van ALS zo ongelofelijk belangrijk én kostbaar is. Daar heb ik m’n volle aandacht bij nodig. “Waarom ben je eigenlijk zo duizelig?”, vraagt de collega van William. “Ik heb gisteren bloed gegeven” antwoord ik. En meteen daarna: “Zeg, als iemand nu mijn bloed ontvangt, krijgt hij of zij dan ook mijn DNA?”, de les is begonnen.

De -80

Het UMC Utrecht heeft een biobank voor ALS; of – in jip en janneke taal – een aantal grote vriezers met daarin duizenden bloedmonsters. “Per patiënt worden zes buisjes bloed afgenomen”, legt William uit. “We werken met speciale barcodes zodat we precies weten van welke persoon het buisje bloed afkomstig is. Genetisch materiaal – je DNA – bevindt zich onder andere in de kern van je witte bloedcellen. Door het bloed te centrifugeren kunnen we de rode en witte bloedcellen scheiden. De witte bloedcellen bewaren we in de ‘-80’ (de gigantische vriezer in de hoek van het lab dus).” “Ok, dus in die vriezer zit materiaal van hoeveel mensen?”, vraag ik. “Poeh… geen idee… maar veel! Niet allemaal ALS-patiënten overigens, ook van gezonde controlepersonen.”

Monsters

Ik kan me voorstellen hoe ondernemers én ALS-patiënten Bernard Muller en Robbert Jan Stuit samen met Leonard van den Berg voor deze zelfde vriezer hebben gestaan en het idee
voor Project MinE kregen. Vol verwondering kijk ik naar tientallen rokende laatjes met honderden buisjes als William de deur van de ‘-80’ voor me open maakt. Heel even maar, want het is voor de houdbaarheid van de ‘monsters’ belangrijk dat de temperatuur zo constant mogelijk blijft. “Wat dan als dat ding een storing krijgt?”, komt in me op. “Dan zijn er noodvoorzieningen, en wij krijgen thuis een oproep dat er iets aan de hand is, ook midden in de nacht”, zegt William. Gelukkig maar, want deze vriezer bevat een ‘goudmijn’ aan informatie.


Analist William Brands bij vriezer met DNA-monsters

Bijna twee meter

“Maar ik ben dus gekomen voor dat whole genome sequencing. Vertel?” William wijst naar een andere koelkast waar nog meer bakjes met buisjes staan. Hier zie ik een laatje met ‘ALS’. “Van de voorraad materiaal in de biobank nemen we iedere keer maar een heel klein deel af (aliquote) dat we bewerken (op concentratie brengen) voor onderzoek. Hier in deze koelkast bewaren we dat materiaal ‘voor dagelijks gebruik’ bij plus vier graden celcius. Zo hoeven we het DNA niet telkens te ontdooien, waardoor het minder kwetsbaar is. We zijn heel zuinig.” Mooi denk ik, want zes buisjes bloed is natuurlijk niet zo veel. William pakt er de computer bij en laat me een plaatje zien. “Kijk, hier zie je een witte bloedcel. In de kern van één cel zitten 46 chromosomen, bestaande uit 30.000 genen. Deze vormen samen je DNA-profiel. De chromosomen hebben een X- of Y-vorm. Je moet je proberen voor te stellen dat er op de benen van de X of Y een opgerolde streng draden zit. Als je de strengen van alle 46 chromosomen zou uitrollen en achter elkaar zou leggen dan heeft deze een lengte van bijna twee meter.”

“Ja dag, William, ik kan die cel niet eens zien. Je probeert me voor de gek te houden!” “Zeker niet, met het DNA uit alle lichaamscellen van een persoon kun je bijna twee keer de wereld rond!”
“Ok… maar wat heeft dit met whole genome sequencing te maken?” “Normaal gesproken onderzoeken we in het UMC alleen kleine stukjes van het DNA-profiel, bijvoorbeeld een gen. Bij whole genome sequencing bekijken we het hele genoom, de volledige streng van twee meter.”
“Bekijken? Hoe dan? Ik zie de cel niet eens.”

Ritssluiting

“Stel je voor dat de streng een soort ritssluiting is, waarbij de twee zijden met allemaal kleine onderdeeltjes die in elkaar grijpen bij elkaar gehouden worden. De vierkante haakjes van de ritssluiting zijn in DNA de letters: A T C G. Deze letters noemen we ‘basen’. Twee letters tegenover elkaar heten ‘basen paren’. De volgorde van de letters en paren zijn bij iedere persoon verschillend.” “Maar dit zit opgerold zeg je net…?” “Precies, daarom moeten we eerst door middel van een aantal stappen de strengen prepareren. We maken dan een ‘extra’ stukje met een bepaalde lettercombinatie (van de letters ATCG) dat we aan de te onderzoeken strengen bevestigen. Dit extra stukje kan zich vast hechten aan een zelfde stukje code dat op de ‘Flow Cell’ zit.” “Wacht even, is dat dat gekke glazen plaatje van 1.000 euro wat je me eerder liet zien?” “Ja, maar dat is een kleintje, die is niet geschikt voor hele genomen, alleen voor veel kleinere stukjes.”
“Ok… maar wat kost een plaatje voor een heel DNA-profiel dan?” William haalt wat plaatjes van verschillende formaten uit een laatje verderop en legt ze voor m’n neus. “Wat denk je?” “Euh…geen idee?” “Ik schat zo rond de 15.000 euro, Oukje”. “Jeetje 15.000 euro? Daar moet ik heel wat fondsen voor werven. En hoe lang ben jij dan nog bezig met de voorbereidingen?– ik bedoel – jij moet ook een boterham verdienen?” “Dat hangt van het onderzoek af, maar het prepareren van DNA kost erg veel tijd omdat je het met het blote oog niet kunt waarnemen en veel moet controleren voor je iets gaat analyseren.” Dat begrijp ik nu ja. Wauw… ik denk weer even aan de honderden buisjes in de vriezer en duizenden euro’s die er nodig zijn om de profielen van al deze patienten te analyseren.
“Hoe gaat die analyse daarna in z’n werk William?”

Sterrenhemel

“De flow cell gaat in een speciale machine die de letters op de strengen kan uitlezen. Het DNA wordt blootgesteld aan een speciaal soort licht waardoor bijvoorbeeld alle ‘A’s’ groen
oplichten. Hiervan maken we een foto. Dat zelfde doen we met de letters T, C en G maar met een andere kleur. Door deze over elkaar heen te leggen zien we de baseparen en kunnen we de unieke code uitlezen.” Ik krijg een plaatje te zien van een voor mij gekleurde sterrenhemel maar kennelijk zie ik hier een stuk van iemands DNA.
“Aha… zo werkt dat dus!”
“Je kunt je voorstellen dat het uitlezen van zo’n heel genoom een enorm specialistische klus is en er hele grote machines voor nodig zijn. Die machines staan in Amerika bij het bedrijf Illumina. We sturen ons materiaal daarheen voor analyse. Omdat we het in grotere hoeveelheden aanbieden, kost het gemiddeld zo’n 1.950,- euro per profiel.”
“Vertel je me nu dat jij helemaal geen whole genome sequensing doet, William?”
“Inderdaad, wij kunnen in ons lab alleen kleine stukjes DNA van een of meerdere genen onderzoeken, maar het principe is hetzelfde.”
“O gelukkig, ben ik toch niet helemaal voor niets gekomen! Ik begrijp nu ook waar dat bedrijf z’n naam aan te danken heeft. Wat gebeurt er na het ‘oplichten’ van alle letters in de diverse kleuren?”
“Uit de code rollen ‘data’ die met onze speciale super computer SURF-sara en bioinformatici worden geanaliseerd. Omdat we in onderzoeken werken met DNA van zowel gezonde controle personen als mensen met ALS kunnen we verschillen en afwijkingen opsporen.”
“Jeetje wat een klus.”
“Ja, maar ergens ligt het antwoord begraven, zo heeft men tot nu toe al een aantal ALS-genen ontdekt. Omdat we de samenstelling van deze genen kennen, kunnen we deze nabootsen in het lab.”
“Is het dan een kwestie van meer onderzoek tot de oorzaak van ALS aan het licht komt?”
“Onderzoek naar ALS is complex. Waarschijnlijk zijn er tal van factoren die een rol spelen, waaronder omgevingsinvloeden. Maar in ons DNA ligt veel informatie besloten. Iedere ontdekking die we in het lab doen, ieder stukje dat we vinden, brengt ons een stukje dichter bij het oplossen van de grotere puzzel.”
“Toffe baan heb je William, je bent DNA-detective.”
“Ik vind het ook wel leuk om te horen hoe jij met dit soort informatie omgaat richting (mogelijke) donateurs.”
“Stuur me maar zo’n flow cell… enne… ik mag dus concluderen dat als mijn halve liter bloed direct wordt toegediend aan iemand die dat nodig heeft dat deze persoon mijn DNA in zich draagt?”
“Theoretisch gezien wel… maar binnen een paar dagen ververst het bloed zich weer.”
“O mooi zo, vind het toch een beetje een gek idee.”

Helpen?

Heb je een goed idee om Oukje te helpen bij het werven van fondsen om het onderzoek naar ALS te financieren? Neem dan contact op via info@als.nl of bel 088-6660333.

Genetica onderzoeken

Nieuwsgierig welke onderzoeken op het gebied van genetica Stichting ALS Nederland (mede) mogelijk maakt?
Biobank
Project MinE
Beyond Project MinE-NL
Itwin