VIB wetenschap in baanbrekende DNA-sequentietechnologie

DNA-sequentieanalyse is het proces waarbij de nucleïnezuursequentie – de volgorde van nucleotiden (DNA-letters) in DNA – wordt vastgesteld. Kennis van DNA-sequenties is van essentieel belang in de biotechnologie. Moderne, snelle en nauwkeurige DNA-sequentietechnologieën vormen de basis van belangrijke biologische en medische ontwikkelingen. Ze zijn ook cruciaal in het identificeren van genetische risicofactoren voor ziekten.

Nanopore-sequentieanalyse is een unieke, schaalbare technologie die directe, real-time analyse van lange DNA-fragmenten mogelijk maakt. DNA-strengen worden door kleine poriënproteïnen geleid, die poriën noemt men 'nanoporen'. De nucleotiden van de passerende DNA-strengen veroorzaken kleine variaties in de elektrische stroom die door de nanopore stroomt. Door deze variaties te meten, leest men de genetische volgorde van de DNA-letters.

Het lab van Han Remaut (VIB-VUB) wist de unieke procesmatige en structurele kenmerken van een bacterieel poriën-eiwit met de naam CsgG op te helderen. Samen met coauteur Stefan Howorka van University College London (UCL) ontdekte Remaut dat CsgG een uitstekende kandidaat is voor toepassingen op het vlak van nanopore-sensing. Voorlopige tests gaven immers aan dat CsgG-derivaten stabiele stromingen veroorzaken en een structurele opbouw hebben die data van superieure kwaliteit genereren, dit in vergelijking met andere nanopore-sensoren.

In 2016 werkten VIB en UCL samen met Oxford Nanopore Technologies aan de ontwikkeling van de eigenschappen van het poriën-eiwit, zodat uitstekende nanopore-sequentiegegevens mogelijk waren.

Oxford Nanopore verfijnde tenslotte de structuur van de CsgG nanopore om het eiwit finaal te integreren in geavanceerde elektronische detectieapparatuur. De ontwikkelde CsgG-porie is nu te vinden als 'R9' in nieuwe stroomcellen voor de MinION® DNA-sequencer. MinION® is een draagbaar real-time apparaat voor sequentieanalyse, het werkt op een USB van een laptop. Ook in het PromethION-apparaat voor snelle doorvoer/hoog monster DNA-sequentieanalyse is de ontwikkelde nanopore actief.

De nanopore-sequencers zijn op dit moment wereldwijd in gebruik, ze zijn ongelooflijk nuttig in een breed scala aan onderzoeksgebieden. Opmerkelijke voorbeelden zijn de analyse van DNA wijzigingen bij kanker of, nog actueler, het onmiddellijk in kaart brengen van een genoom bij uitbraken van virusziekten.