Gensekvensering med stormskritt

Stadig raskere og bedre teknologi for kartlegging av gener åpner opp for nye muligheter i biologi og medisin.

Publisert
Kjetill S. Jakobsen (t.v.) og Dag Erik Undlien leder Norwegian Sequencing Centre. I bakgrunnen en ny gensekvenseringsmaskin med teknologi som av mange regnes som tredje generasjon. (Foto: Asle Rønning)
Kjetill S. Jakobsen (t.v.) og Dag Erik Undlien leder Norwegian Sequencing Centre. I bakgrunnen en ny gensekvenseringsmaskin med teknologi som av mange regnes som tredje generasjon. (Foto: Asle Rønning)

Gensekvensering er et annet ord på kartlegging av gener. Maskinene som gjør slik kartlegging mulig har i løpet av det siste tiåret utviklet seg med rasende fart.

I forrige uke åpnet en ny lab ved Norwegian Sequencing Centre (NSC) på Universitetet i Oslo (UiO). Den rommer blant en ny, kostbar maskin som tilhører det som av noen kalles tredje generasjons gensekvenseringsmaskiner.

Det som er sikkert er at denne generasjon ikke blir den siste.

- Vi er ganske tidlig i teknologiutviklingen, påpeker Kjetill S. Jakobsen, biologiprofessor ved UiO og en av to ledere ved senteret.

Virus

I bakgrunnen er nyanskaffelsen, en såkalt enkeltmolekylsekvenseringsmaskin av merket Pacific Biosciences RS, i ferd med å tygge seg gjennom genomet til et bakteriespisende virus.

Den nye maskinen er i stand til å levere data om lange rekker av DNA. Forrige generasjon ga kun korte DNA-sekvenser som må limes sammen for å få et bilde av et helt genom.

Genom er et annet ord på det samlede genetiske arvematerialet til et menneske eller en annen organisme. Et genom har vi alle – også viruset som nå får sine innerste hemmeligheter avslørt.

Der annen generasjon kunne lese 400 baser kan nyanskaffelsen lese 20 000 baser eller mer. Baser er byggeklossene i DNA-molekylet.

Tidlig diagnose

Innenfor medisinsk forskning kan den nye teknologien for eksempel brukes til å sekvensere hele utgaver av HIV-viruset, sier professor Dag Erik Undlien ved Institutt for klinisk medisin.

Undlien er den andre av de to lederne ved NSC.

Raskere maskiner kan også gjøre det lettere å bidra direkte til pasientbehandling. For eksempel hos barn med sjeldne, arvelige sykdommer.

- Mange må ofte gjennom veldig omfattende diagnostisering, som ryggmargsprøver. Genetikk har ofte kommet inn veldig seint. Nå skal vi se om vi kan komme inn på et tidligere tidspunkt, sier Undlien.

Flere fisker

For biologene er også mulighetene store. De kan for eksempel forstå mer av hva som regulerer hvilke gener som skrur seg av og på ved å kartlegge flere deler av arvestoffet i mennesker og dyr.

De kan også komme tettere på evolusjonen. Da norske forskere i fjor kartla torskens arvemateriale ga det mange overraskelser – blant annet at torsken har et helt unikt immunsystem. En kartlegging av torsken nære og fjerne slektninger kan fortelle om mer om hvordan og hvorfor torsken har utviklet et slikt immunforsvar.

Gensekvensering kan også revolusjonere det gode gamle feltarbeidet. Spor av gener i jordprøver kan fortelle om artsmangfold, ikke bare i dag, men også i fortida.

Lett irritabel

Gensekvenseringsutstyr er ikke noe man får kjøpt på Clas Ohlson riktig ennå. Ulike konkurrerende teknologier er i bruk. Det kan være at det går mot én, felles metode.

Men det kan også være at ulike teknologier kan fylle ulike behov og derfor leve side ved side.

Den siste nyanskaffelsen til Norwegian Sequencing Centre koster åtte millioner kroner pluss nødvendig infrastruktur.

Den er dessuten kravstor - med behov for kjøleanlegg og strømtilførsel som sikrer konstant spenning - og lett irritabel. I starten spyttet den ut 30 prosent av prøvene, noe som skyldtes en skuff som ikke var helt i vater etter monteringen.

Revolusjon

Seniorforsker Robert Lyle ved Oslo universitetssykehus illustrerte i et foredrag i forbindelse med åpningen av den nye laben hvor fort det hele utvikler seg.

Maskinen som i 2000 ble brukt til å lage det første utkastet av et menneskelig genom er for lengst utdatert. Den ville brukt 120 år på å generere en datamengde tilsvarende et menneskegenom om den var alene. Derfor trengte man en hel hall med maskiner for å få jobben gjort.

I dag kan en av de nyeste maskinene til NSC, kalt Illumina HiSeq 2000, produsere en tilsvarende datamengde på én time.

Men det slutter ikke der, og nå holder mange pusten og venter på helt ny teknologi som utvikles av det britiske selskapet Oxford Nanopore. Denne teknologien kan være i ferd med å revolusjonere gensekvensering på nytt.

Britene har annonsert at de i løpet av året vil ha en utviklet en teknologi for gensekvensering som kan lages så liten som en velvoksen minnepinne for PC.

Denne skal kunne plasseres i USB-inngangen og opereres fra en vanlig datamaskin.

- Dette vil gjøre at teknologien vil bli tilgjengelig for mange flere laboratorier, sa Lyle til forskning.no.

Lykkes selskapet med det de har annonsert, vil gensekvensering på sett og vis bli demokratisert, slår han fast.

- Ser ikke konsekvensene

Utviklingen innenfor gensekvensering sammenlignes med datamaskinenes barndom.

Dekan Knut Fægri ved Det matematisk-naturvitenskapelige faktultet trakk linjene tilbake til Emma, den første datamaskinen fra IBM som kom til Norge i 1958 og nå står på Norsk Teknisk Museum i Oslo.

- Den gang sto vi overfor en teknologisk utvikling som man ikke kunne se konsekvensene av, påpekte han.

Emma, som var en IBM 650-maskin, var en revolusjon på 1950-tallet og ble ifølge museets nettsider i avisene den gang omtalt som et vidunder som kunne gjøre ”rent mirakuløse regneoperasjoner”. Den var stor og tung og kunne gjøre 60 multiplikasjoner per sekund.

54 år etter kan vi konstatere at en vanlig PC i dag er 50 000 ganger raskere enn Emma. For Fægri er det fristende å sammenligne gensekvensering i dag med computerteknologi på 1950- og 1960-tallet.

- Vi vet ikke hvor det vil ta oss, sa han.

Norwegian Sequencing Centre holder dels hus hos Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES) og dels hos Avdeling for medisinsk genetikk ved Oslo universitetssykehus.