Zo ziet een plaatsje van de DNA-microscoop er uit (afb: Joshua Weinstein et. al.)
Onderzoekers van het befaamde MIT in Cambridge (VS) hebben een ‘microscoop’ ontwikkeld waarbij niet met straling wordt gewerkt, maar met de chemische eigenschappen van biomoleculen. Met die DNA-‘microscoop’ kunnen ze cellen ‘met andere ogen’ bekijken.Om in weefsels en cellen te kijken wordt straling gebruikt: licht, röntgen of elektronen. Dat heeft al, wat mij betreft, geweldige resultaten opgeleverd, maar al die vaak vernuftige technieken zouden niet in staat zijn te zien wat er zich op genoomniveau afspeelt. De DNA-microscoop van Joshua Weinstein en zijn medeonderzoekers werkt heel anders. Die techniek hangt niet van straling af, maar gebruikt DNA-codes om de posities van biomoleculen te bepalen.
Daarmee kunnen onderzoekers een beeld van cellen opbouwen en tegelijkertijd een lading aan genoominformatie verkrijgen, stellen de onderzoekers. Weinstein: “Dit geeft ons een kijk op de biologie die we nog niet hadden.” “Het is een hele nieuwe categorie in de microscopie”, zegt medeonderzoeker Aviv Regev. “Het is niet alleen een nieuwe techniek, maar het is ook een manier van doen die we niet eerder overwogen hebben.”
De huidige microscopen werken volgens twee principes. De eerste categorie is de bekendste en ook verreweg de oudste (17de eeuw): de lichtmicroscopie. Oorspronkelijk werd alleen het zichtbare licht gebruikt maar later ook andere straling, maar ze werken allemaal volgens hetzelfde principe: je bestraalt een voorwerp met een bepaald ‘licht’ (kunnen ook elektronen zijn) en bekijkt wat via allerlei optica daarvan terugkomt.
De tweede categorie is gebaseerd op het, niet letterlijk, in stukken hakken van het monster. De computer bewerkt die en plakt ze weer aan elkaar en zie… Met deze techniek kunnen je ook structuren in een cel zichtbaar maken en krijg je genetische informatie.
Weinstein c.s. wilden een techniek die dat alles in oogopslag laat zien met de genetische staat waarin de cel verkeert. Dat is van belang als wetenschappers verschillende celtypen willen bestuderen. Het afweersysteem is daarvan een goed voorbeeld (zegt Weinstein). In afweercellen kunnen genen tot op een DNA-letter (A, T, C of G) verschillen. Al die variaties hebben effect op het type antilichamen dat een afweercel produceert. Ook waar de afweercel zich bevindt kan van invloed zijn op de antilichaamproductie van die cel. “Als je naar een cel kijkt dan zie je maar een deel van het geheel”, zegt Weinstein.
Werking
Volgens Regev heb je voor zo’n beeld helemaal geen dure microscoop nodig. Het begint allemaal met een monster en een pipet. De onderzoekers beginnen met het kweken van cellen die ze op een bepaalde plaats vastzetten in een reactiekamer. Vervolgens voegen ze een assortiment DNA-codes (verschillende stukjes DNA) toe, die zich hechten aan RNA-moleculen waardoor die gemerkt worden. Vervolgens worden er via een chemische reactie steeds meer kopieën van de gemerkte moleculen gemaakt. Die kopieën hopen zich op op de originele plaats. Weinstein: “”Het is net of elk molecuul zijn eigen radiozender is.”
Uiteindelijk botsen gemerkte moleculen met andere gemerkte moleculen, zodat ze zich aan elkaar binden. Moleculen die zich vlak bij elkaar bevinden hebben een grotere kans met elkaar te botsen (en binden) dan die verder weg zijn gelegen. Vervolgens wordt met een DNA-uitlezer elk molecuul in het monster geïdentificeerd. Dat duurt ongeveer 30 uur. Met behulp van een algoritme worden de gegevens ‘ontcijferd’ en worden die omgezet in beelden. Weinstein: “In feite kun je nauwkeurig reconstrueren wat je met een lichtmicroscoop ziet. Het lijkt mij allemaal nogal bewerkelijk en het lijkt ook wel of de onderzoekers ervan uitgaan dat de cel een statisch systeem is.
Volgens Weinstein zijn de licht- en DNA-microscopie aanvullend. Hij denkt dat DNA-microscopie mogelijk de ontwikkeling van immuuntherapieën kan versnellen. Met een DNA-microscoop kunnen afweercellen worden aangewezen die het effectiefst zijn bij een bepaald soort kankercellen, stelt hij. Regev ziet nog meer mogelijkheden voor deze benadering. “We hopen dat die de fantasie prikkelt, dat mensen met ideeën komen waar wij nooit aan gedacht hebben.”
Bron: Science Daily