Life sciences

10 min

Visie: Je DNA sequencen wordt routineklus

Scroll

Intro

Een nieuw tijdperk is aangebroken: dat van het 1.000-dollargenoom (waarin een volledig genoom kan gesequenced worden voor 1.000 dollar)! Het is een belangrijke mijlpaal voor de geneeskunde waar onze experts Yves Moreau en Pol Van Dorpe elk vanuit hun eigen domein aan meewerken. Moreau buigt zich over de massa data die het met zich meebrengt terwijl Van Dorpe chiptechnologie inzet om DNA-sequencers goedkoper en efficiënter te maken.

Een genetisch paspoort voor iedereen?

In elke cel van je lichaam zitten 23 paar chromosomen. Deze bestaan uit DNA dat de code bevat waarin al onze erfelijke eigenschappen zijn vastgelegd. Die code bestaat uit zo’n 3 miljard ‘letters’ of baseparen. Moreau: “Binnen afzienbare tijd wordt het bepalen van iemands erfelijke code zo normaal als het maken van een CT-scan. Elk kind krijgt dan bij de geboorte zijn of haar genetisch paspoort mee. Het wordt de basis voor een gezond leven: ben ik gevoelig voor bepaalde ziektes en hoe kan ik deze voorkomen? Welke medicatie werkt het best bij mij? Enz.”

AEn ook al ligt je genetische code vast, toch kan je in je leven meerdere keren ‘gesequenced’ worden. Van Dorpe: “DNA-sequencing zal zo nauwkeurig worden dat je in een bloedstaal op zoek kan gaan naar ‘zeldzaam’ DNA, bv. dat van tumorcellen of zelfs van virussen. Op het vlak van tumorcellen kan je twee soorten DNA terugvinden in het bloed: DNA van ‘circulating’ tumorcellen (die zijn losgekomen van de oorspronkelijke tumor en zich via het bloed verspreiden), en ‘cell-free’ DNA (afkomstig van afstervende tumorcellen). Hieruit kan je heel veel leren. Je kan bijvoorbeeld al te weten komen (1) dat je een tumor hebt, (2) welke de primaire tumor is (dus waar hij zou moeten zitten) – allemaal zonder scans/operaties en (3) kan de DNA-analyse je ook al vertellen welke specifieke behandeling aangewezen is. We spreken hier van een ‘liquid biopsy’, een biopsie van de tumor zonder in de tumor te moeten snijden, maar enkel door bloedanalyse.”

“Naast de genetische info van je eigen cellen, bevat je lichaam nog ander DNA dat interessant kan zijn voor je gezondheid: dat van de bacteriën in je lichaam. Naar schatting zitten er 10 keer meer bacteriën in ons lichaam dan dat we cellen hebben. En maar goed ook, want er zijn steeds meer aanwijzingen dat deze bacteriepopulatie mede onze gezondheid bepaalt. Vandaar ook dat een genetische analyse van je darmflora uiterst interessant kan zijn om je gezondheid bij te sturen.”

Moreau: “Wat technologie betreft, maken we een enorme evolutie door die het 1.000-dollar genoom binnen handbereik brengt. Maar natuurlijk is er ook een maatschappelijke kant aan dit alles. Wanneer is het verantwoord om een genetische test te doen? Wanneer en hoe licht je dokter je in over je genetische afwijkingen? Of kies je ervoor om geen genetisch paspoort te laten maken? Dat zijn allemaal vragen waar ethici zich momenteel over buigen.”

Terabytes aan data

Yves Moreau maakt deel uit van de imec - KU Leuven – STADIUS onderzoeksgroep, een groep van het vroegere iMinds (nu geïntegreerd in imec). Hij houdt zich specifiek bezig met data-analyse voor het opsporen van zeldzame genetische ziektes. Moreau: “Wij ontwikkelen algoritmes waardoor je uit de 3 miljard ‘letters’ van je genetische code kan afleiden of je leidt aan een zeldzame genetische ziekte. Er bestaan ongeveer 7.000 zeldzame ziektes die 4 tot 8% van de bevolking treffen. Als je op jonge leeftijd kan bepalen aan welke specifieke ziekte een kind lijdt, is het gemakkelijker voor de familie om hier mee om te gaan. Ze weten dan hoe de ziekte zal evolueren en of de kans bestaat dat een volgend kind deze afwijking ook zal hebben. Uiteindelijk kunnen onderzoekers op basis van de afwijkende genetische code ook inzicht krijgen in het mechanisme achter de ziekte en zo betere behandelingen ontwikkelen. 1.000 dollar voor een genoom lijkt misschien nog veel, maar dat is het niet als je de kosten zou optellen van alle testen en doktersbezoeken die vroeger nodig waren in de zoektocht naar een juiste diagnose van een zeldzame ziekte. Om nog maar te zwijgen van de lijdensweg die de familie doormaakt door niet te weten wat er met hun kind aan de hand is.”

Het bepalen van de genetische code is nu nog geen routineklus, maar wat als het dat wel wordt? Moreau: “We gaan een explosie aan data zien. En dat wordt ook een van de belangrijkste uitdagingen: hoe gaan we die terabytes aan data veilig opslaan tegen een aanvaardbare kost, en hoe gaan we ze analyseren en interpreteren?”

“In 2016 werkten we in onze onderzoeksgroep vooral aan oplossingen om te bepalen welke verschillen in erfelijke code tussen individuen (zo’n 3 miljoen verschillen op de 3 miljard baseparen) van belang zijn en welke niet. Welke verschillen zijn de oorzaak van ziektes? Met onze algoritmes kunnen we mutaties bepalen die mogelijk de oorzaak zijn van een bepaalde ziekte. Dokters kunnen hier dan verder mee aan de slag.”

Hoe meer genetische data kunnen verzameld worden, hoe meer dokters kunnen leren over bepaalde ziektes en therapieën. Moreau: “We bekeken het voorbije jaar ook hoe genetische info op een veilige manier kan worden gedeeld. Alles in één centrale databank bewaren, is geen goed idee wegens gevaar voor hacken. Daarom ontwikkelden we een model waarin data lokaal opgeslagen worden, maar wel van overal kunnen worden geraadpleegd. Zo kan een dokter de genetische data opvragen van alle patiënten ter wereld met een bepaalde ziekte, maar krijgt hij geen toegang tot een individueel genoom met persoonsgegevens.”

Van 1.000 dollar naar 100 dollar voor een genoom?

Wetenschappers zijn in de wolken met het 1.000-dollar genoom, maar voor de gewone mens lijkt dit nog erg veel. Zeker als deze kost (nog) niet terugbetaald wordt door het ziekenfonds. Maar hoe kunnen we de kost van een genetisch paspoort nog verder verlagen? Voor het antwoord op die vraag kunnen we terecht bij Pol Van Dorpe; hij heeft een leidende rol in imecs onderzoeksgroep die fotonicaoplossingen maakt voor life science toepassingen. Van Dorpe: “Die 1.000 dollar is relatief. Dat is momenteel de kost om een volledig genoom te laten sequencen (op voorwaarde dat je een DNA-sequencer een jaar lang continu kan laten werken zodat de kost daalt). Maar de kostprijs van de toestellen is aan het dalen; bovendien neemt ook de hoeveelheid DNA die je per uur kan analyseren – de throughput – toe. Wij gebruiken onze expertise in nanofotonica, CMOS-sensoren, integratie en chipproductie om die toestellen te verbeteren, en werken daarvoor samen met verschillende grote spelers. Zo heeft Pacific Biosciences de kostprijs van zijn toestel met 50% kunnen verminderen en genereren hun chips 7x meer informatie, dankzij onze samenwerking.”

“Naast het verlagen van de kostprijs van de toestellen en het verhogen van de throughput, zie je ook een evolutie naar ‘long reads’ – waarbij lange stukken DNA kunnen worden afgelezen. Dit in vergelijking met vroegere technieken waarbij het DNA werd opgesplitst in kleine stukjes, vermeerderd werd, en dan uitgelezen. Het voordeel van ‘long reads’ is dat je veel preciezer en sneller de volledige genetische kaart van een persoon kan samenstellen. Ook laat het toe om structurele variaties op te sporen. Dit zijn stukken code die meermaals herhaald worden in het genoom op specifieke plaatsen. Afwijkingen in dit patroon kunnen ook tot gezondheidsproblemen leiden.”

“Er zijn verschillende technologieën op de markt en ook toestellen in alle maten en vormen – van grote DNA-sequencers zoals die van Pacific Biosciences tot kleine handheld devices zoals de MinION van Oxford Nanopore Technologies. Er zullen verschillende technologieën naast elkaar bestaan, elk voor een andere specifieke markt. Kleine draagbare toestellen kunnen belangrijk zijn als je bijvoorbeeld ebola wil onderzoeken in afgelegen gebieden, terwijl de grotere toestellen nuttig zijn als je snel en nauwkeurig volledige genetische kaarten wil maken. Chiptechnologie is van bijzonder belang om deze systemen compacter, sneller en goedkoper te maken.”

Biografie Yves Moreau

Yves Moreau is Professor bij imec - KU Leuven - STADIUS. Hij behaalde zijn PhD aan KU Leuven ESAT-SCD in 1998. Van 1998 tot 2005 was hij postdoctoraal onderzoeker (FWO-Vlaanderen) en assistent-professor bij ESAT-SCD, en hield hij zich bezig met bio-informatica onderzoek. Sinds 2004 is hij professor bij ESAT-SCD en coördineert SymBioSys, het KU Leuven Center for Computational Systems Biology. Hij is ook de programmadirecteur van de Master in Bio-informatica. Hij verricht onderzoek naar ICT-methodes voor het ontdekken van genen voor diagnose van ziektes. Hij doceert verschillende bio-informatica cursussen, met focus op probabilistische modellen voor computerbiologie. Hij is ook medeoprichter van twee spin-offs van de universiteit: Data4s, nu onderdeel van Norkom Technologies, gespecialiseerd in datamining voor de bankwereld, en Cartagenia, gespecialiseerd in IT-oplossingen voor klinische genetische diagnose.

Biografie Pol Van Dorpe

Pol Van Dorpe behaalde zijn PhD aan de faculteit ingenieurswetenschappen van KU Leuven voor zijn onderzoek naar spintronica. Van 2006 tot 2012 was hij postdoctoraal onderzoeker (FWO) bij imec en werkte hij op nanofotonica, plasmonica voor biosensoren en energy harvesting. Tijdens deze periode werkte hij enige tijd aan de Stanford University en zette hij samenwerkingen op met gerenommeerde onderzoekers in dit domein. Hij publiceerde meer dan 100 peer-reviewed papers in belangrijke journals en werd meer dan 5000 keer geciteerd. Sinds 2012 is hij deeltijds geassocieerd professor aan het Fysica departement van KU Leuven en is hij principal member of staff bij het life sciences departement van imec. Zijn onderzoek richt zich voornamelijk op het toepassen van geïntegreerde fotonicaconcepten voor nieuwe toepassingen in de life sciences.

Deze website maakt gebruik van cookies met als enige doel het analyseren van surfgedrag, zonder enige commerciële insteek. Lees er hier meer over.

Accepteer cookies