DNA ontrollen in een waterdruppel

Om de gehele structuur van DNA in kaart te brengen, is het nodig zo lang mogelijke fragmenten ervan te bekijken maar DNA heeft helaas de neiging om te verstrengelen en makkelijk te scheuren. Chemici en ingenieurs van de KU Leuven hebben daarvoor een oplossing ontwikkeld: een waterdruppel met DNA-materiaal wordt over een plaatje getrokken. Het DNA wordt dan in een mooie, rechte lijn ontrold en kan worden uitgelezen onder de microscoop.

Om DNA te ontcijferen, kan men op twee manieren te werk gaan: bij DNA-sequencing bepaalt men aan de hand van korte stukjes DNA de exacte volgorde van het genetisch alfabet, dat bestaat uit  de basen A (adenine), C (cytosine), G (guanine) en T (thymine). Maar voor vele toepassingen, zoals de identificatie van een bacterie, is die gedetailleerde informatie niet nodig en gebruikt men DNA-mapping: met zo lang mogelijke DNA-fragmenten brengt men dan de gehele structuur van het DNA in kaart.

Bij DNA-mapping kan men een fluorescentiemicroscoop gebruiken: “Het DNA wordt dan gemarkeerd met kleurstoffen, zodat het zichtbaar is onder de microscoop” , vertelt chemicus Jochem Deen. Bij DNA-mapping door middel van fluorocode werd al langer gebruik gemaakt van de techniek om druppels af te zetten: “Het DNA wordt dan in een waterdruppel met een beetje zuur gebracht en op een plaatje gezet: het water droogt op en het uitgestrekte DNA-patroon blijft zichtbaar achter. Het probleem met deze techniek is dat het zeer complex is om lange, rechte stukjes DNA aan te maken.”

Het team van Leuvense wetenschappers bracht nu kennis over DNA, microscopie en de stroming in vloeistoffen bijeen om de druppeltechniek op verschillende vlakken te verbeteren, legt ingenieur Wouter Sempels uit. “We gebruikten een glazen plaatje met een laagje van het polymeer Zeonex bovenop: op dat oppervlak bindt het DNA makkelijker. In plaats van de DNA-druppel te laten drogen op het plaatje, lieten we de tip van een pipet de DNA-druppel gemotoriseerd over het plaatje trekken. Zo maak je gebruik van de beweging in de druppel zelf: de waterdruppel met DNA rolt als een bal over het plaatje en enkel het DNA blijft op het plaatje plakken. Dat alles geeft langere strengen DNA. We bekeken eerst het DNA van een virus waarvan de exacte lengte al gekend was en dat klopte. Maar het werkt even goed met menselijk of bacterieel DNA.”

Medische toepassingen

De onderzoekers zien de verbeterde DNA-druppeltechniek als een snelle manier van DNA-mapping bij medische toepassingen, bijvoorbeeld om DNA te identificeren. “Onze techniek vergt weinig startmateriaal en kan snel uitgevoerd worden, bijvoorbeeld als men wil weten of een patiënt met een bepaald type bacterie is besmet.”

Een andere toepassing waaraan de onderzoekers verder werken is kankeronderzoek. “Bij normale cellen kunnen we de volgorde van het DNA specifiek markeren met kleurstoffen; bij kankercellen is dit patroon afwijkend. Als we deze techniek verder perfectioneren, kunnen we dus het verschil zien tussen gewone cellen en kankercellen.”

De studie is gepubliceerd op de website van ACS Nano.