Ny teknikk for å se på DNA

Gjør det blant annet mulig å undersøke genetiske forskjeller i kreftceller fra samme kreftsvulst.

Publisert
Forskere fra DTU har utviklet en ny teknikk til å studere DNA. Her et enkelt stykke DNA som er strukket i ut midten av en chip med mikro- og nanokanaler. Mønsteret på DNA-et fotograferes gjennom et mikroskop. Sammenligning av dette bildet med et mønster fra det referansegenomet viser at en del er snudd (pilene viser leseretningen). (Foto: Rodolphe Marie)
Forskere fra DTU har utviklet en ny teknikk til å studere DNA. Her et enkelt stykke DNA som er strukket i ut midten av en chip med mikro- og nanokanaler. Mønsteret på DNA-et fotograferes gjennom et mikroskop. Sammenligning av dette bildet med et mønster fra det referansegenomet viser at en del er snudd (pilene viser leseretningen). (Foto: Rodolphe Marie)

Fakta om DNA:

DNA er bygget av opp de fire basene adenin, tymin, guanin og cytosin, som sitter parvis over for hverandre på de to DNA-strengene. Adenin binder seg til tymin og guanin binder seg til cytosin.

Sekvensen av basene avgjør den genetiske koden i genomet.

Ved 76 grader smelter bindingen mellom adenin og tymin, men ikke bindingen mellom guanin og cytosin.

Om gensekvensering:

Ved normal gensekvensering analyserer forskere DNA-biter på 300 basepar. Deretter samler de sammen stykkene for å få den samlede DNA-koden, på hele 3.200.000.000 basepar.

Dette krever overlappende biter DNA, som dermed må komme fra flere celler. De overlappende bitene bruks til å se om sekvensen ett sted passer med sekvensen et annet sted. Matchende overlapp er tegn på at de to biten sitter ved siden av hverandre.

Med den nye teknikken fra DTU kan forskerne se på DNA-stykker som er helt opp til to millioner basepar lange, noe som gjør at det i langt mindre behov for å se på overlappende biter. Det gjør at forskerne kan studere DNA fra én enkelt celle.

Forskningen er støttet av det Strategiske Forskningscenter PolyNano, bevilget av Det Strategiske Forskningsråd og EC FP7 HEALTH-projektet CellOMatic.

Nå blir det lettere å analysere DNA. Forskere fra Danmarks tekniske universitet (DTU) har gjort det mulig å analysere hittil svært store stykker arvemateriale.

Gensekvensering foregår normalt ved at forskere avkoder den genetiske koden i DNA-stykker på omkring 300 basepar (se faktaboks), som deretter samles i ett stort puslespill.

Nå har forskere fra DTU, i samarbeid med forskere fra Oxford University, utviklet en teknikk som gjør det mulig å kartlegge de genetiske mønstrene i DNA-stykker på opp til to millioner basepar.

Den nye teknikken er til og med i stand til å trekke ut informasjon fra en enkelt celle og sammenligne den med nabocellen. Det er interessant i blant annet kreftforskning.

– I kreftceller skjer det ofte en omorganisering av genomet, slik at noen DNA-stykker ikke ligger der de bør ligge. Det er også forskjell på den genetiske oppbygningen av de enkelte kreftcellene, avhengig av om de sitter ytterst eller innerst i kreftsvulsten.

– Med vår nye teknikk kan vi finne de feilplasserte DNA-sekvensene og samtidig se de genetiske forskjellene i hver enkelt celle. Det kan gi oss et dypere innblikk i genetikken bak kreft, forteller en av forskerne bak studien, Jonas Nyvold Pedersen, som er forsker ved DTU Nanotech.

Selvlysende DNA er nøkkelen

En av grunnsteinene i den nye teknikken er en spesiell DNA-farging som tidligere er blitt utviklet på DTU.

Forskerne bruker et selvlysende stoff som binder mellom de individuelle basene i DNA-et. Det betyr at hele DNA-molekylet lyser opp. Deretter varmes det opp til 76 grader celsius, slik at bindingene mellom adenin og tymin løses opp, men ikke bindingene mellom guanin og cytosin.

– Når vi kjøler DNA-et ned igjen, vil bare bindingene mellom guanin og cytosin lyse opp, forklarer Pedersen.

Måtte utvikle ny chip

DNA er bygget av opp de fire basene adenin, tymin, guanin og cytosin, som sitter parvis mot hverandre på de to strengene. (Foto: Colourbox)
DNA er bygget av opp de fire basene adenin, tymin, guanin og cytosin, som sitter parvis mot hverandre på de to strengene. (Foto: Colourbox)

Problemet med DNA er at det oppfører seg som et fiskesnøre som ligger i en floke. Det gjør det umulig å studere basert på et bilde.

For å løse dette problemet utviklet førsteamanuensis Rodolphe Marie fra DTU Nanotech en «chip» som kunne strekke ut DNA-et, slik at det ble ett langt stykke på opp til to millioner basepar.

Chipen fungerer ved at DNA-et plasseres i midten av en rillet glassplate, der en strøm av væske strekker ut molekylet.

Det har forskere kunnet gjøre før, men ikke i samme grad.

– Tidligere teknikker har bare klart å strekke ut DNA-et 40 til 50 prosent. Da fortsetter molekylet å vibrere, noe som gjør at det blir vanskelig å ta skarpe bilder. Men med den såkalte «nano fluid chip» strekkes det helt ut, og vi kan ta markant bedre bilder og se hvilke områder som lyser opp, sier Pedersen.

Skal gjennom en database

Bildene sendes til en datamaskin der de sammenlignes med et referanse-DNA – det vil si: hvordan burde DNA-et se ut?

De kan blant annet se om noen seksjoner er endret, noe som er vanlig i kreftceller, eller om deler er overført fra andre kromosomer.

– Med den nye teknikken får vi også et bedre bilde av gjentakelser i basesekvensene. DNA inneholder ofte disse gjentakelsene, som kan være vanskelige å oppdage når man bare ser på DNA-biter som er 300 basepar lange.

– Her kan man ofte sitte med mange stykker DNA som er like, slik at man vet ikke om det er fem, seks eller flere av de gjentatte sekvensene. Det kan vi se med den nye teknikken, siden vi ser på mye lengre biter, forteller Pedersen.

Ny teknikk, nye muligheter

Forskerne kan nå studere genetiske forskjeller mellom enkelte celler – for eksempel kreftceller.

Men teknikken gjør det også mulig å undersøke DNA-materiale med mye gjentagelse, noe som tidligere har vært umulig. Det gjelder blant annet centromeren, som er et område med svært høy konsentrasjon av DNA midt i kromosomet.

– Vi kan nå undersøke centromeren. Vi kan imidlertid ikke se de enkelte baseparene, som ved normale sekvenseringsteknikker. Men vi får enda et verktøy for å lære mer om hvordan DNA er bygget opp, sier Pedersen.

I den vitenskapelige artikkelen demonstreres også at DNA-et ikke skades av å bli farget, strukket og fotografert, slik at det senere kan sendes videre til normal DNA-sekvensering.

– Det er unikt å kunne kombinere to analysemetoder på en enkelt kopi av genomet. Dette kan videreutvikles til en forbedret sekvensering, forteller førsteamanuensis Rodolphe Marie.

Referanse:

Integrated view of genome structure and sequence of a single DNA molecule in a nanofluidic device, PNAS, doi: 10.1073/pnas.1214570110

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.