‘We hebben wereldwijde ervaring met de opsporing en bestrijding van tuberculose, maar willen nu dicht bij de patiënt álle infectieziektes opsporen, juist omdat een techniek als nanopore sequencing dit mogelijk maakt’, zegt laboratoriumexpert Kristin Kremer van het Koninklijke Nederlandse Centrale Vereniging voor Tuberculosebestrijding (inderdaad, ook KNCV genaamd).

‘Als er meerdere micro-organismes pieken, welke maakt dan ziek?’

In samenwerking met het RIVM en microbiologisch laboratorium LabMicta in Hengelo gaat het Tuberculosefonds voor deze ambitieuze doelstelling met de MinION sequencer van Oxford Nanopore Technologies aan de slag (zie kader). Dit apparaat kan in één keer het genoom sequencen van alle bacteriën die zich in een paar druppeltjes slijm uit de longen (sputum) bevinden.

‘Soms is daaruit in één keer duidelijk welk micro-organisme ziek maakt’, zegt Kremer. ‘Mycobacterium tuberculosis verwacht je niet bij gezonde mensen. In andere gevallen zal één soort bacterie meer voorkomen dan verwacht. Het kan ook zo zijn dat er meerdere micro-organismes pieken, welke maakt de patiënt dan ziek?’

Foutmarge

En zo zijn er meer hobbels op de weg die de onderzoekers willen oplossen voordat ze met de MinION het veld in gaan. Hoe zit het met de foutmarge van de sequencing en gaat het lukken om in één keer zowel bacteriën als DNA- en RNA-virussen in kaart te brengen? Kremer: ‘We optimaliseren de test eerst in Nederland voordat we in Kirgizië, Vietnam en Tanzania aan de slag gaan.’

Hoewel de MinION sequencer nauwelijks laboratoriuminfrastructuur vergt, is deze met € 50 per test te duur voor arme landen. ‘Maar zodra de World Health Organisation de test goedkeurt, zorgen instellingen als het Global Fund en de Wereldbank ervoor dat deze voor $ 10 beschikbaar komt voor lage-inkomenslanden’, zegt Kremer.

Het Tuberculosefonds kan zijn droom realiseren dankzij het Droomfonds van de Nationale Postcodeloterij, dat € 11 miljoen toekende voor het onderzoek. Als het lukt om met nanopore sequencing de diagnostiek van infectieziektes te vereenvoudigen, zal dit een enorme doorbraak zijn, niet alleen voor arme landen. Jaarlijks overlijden 1,5 miljoen mensen aan de gevolgen van tuberculose (tbc), vaak alleen omdat de diagnose niet op tijd gesteld werd.

Nanopore sequencing combineert moderne elektronica met eiwitfysica

In de sequencer – formaat chocoladereep – bevindt zich een polymeermembraan met 2.048 putjes. In elk putje zit een nanoporie die bestaat uit een aangepast exemplaar van het porie-vormende eiwit alfa-hemolysine. Aan beide uiteinden van het nog dubbelstrengs-DNA komt een adaptersequentie en het eiwit helicase. Een druppel voorbewerkt DNA komt in een flow cell en stroomt door naar het membraan. Daar vissen moleculaire hengels naar de bewerkte uiteinden van het DNA en geleiden deze naar de porie.

Terwijl de adaptersequentie als eerst in de porie verdwijnt, ontwindt het helicase het dubbelstrengs DNA. De test vindt plaats in een elektrofysiologische zoutoplossing. Een positief geladen pool onder het membraan trekt negatief geladen ionen, inclusief het DNA, door de porie. Een elektrode en sensorchip meten de ionenstroom door de porie. Dit signaal is afhankelijk van de volgorde van de vier individuele basen van het DNA. 

Bekijk het filmpje voor een animatie van de nanopore-technologie.