Cambridge, Ma. (VS) – Nanotechnologie, koolstofnanobuizen en onderzoek naar de genetische oorsprong van ziekten zijn alledrie ‘hot’. Van een combinatie van de drie springen werkelijk de vonken af. Chemie, fysica en moleculaire biologie leveren samen een smeltkroes van intrigerende mogelijkheden op. Dat blijkt uit onderzoek aan twee Amerikaanse topuniversiteiten, Harvard University en het Massachusetts Institute of Technology. Het brengt praktische toepassingen van nanotechnologie een stuk dichterbij.


Het humane genoom is ‘af’. We kennen voor 99% de opeenvolging van A’s, G’s, C’s en T’s die samen de erfelijke boodschap van ‘de mens’ bevatten. Maar ‘de mens’ bestaat niet. Er komen in het genoom tienduizenden verschillen voor. Veel daarvan leveren noch problemen noch voordelen op. Andere leiden echter tot onvolkomenheden. Het is daarom zaak ze op te sporen. Vooral als het gaat om schadelijke variaties die naast elkaar voorkomen, bijvoorbeeld op hetzelfde chromosoom.

Om de relatie tussen genetica en erfelijke ziekten op moleculair niveau te kunnen bepalen, moet je meer doen dan alleen maar kijken waar bepaalde afwijkingen op de chromosomen zitten. Je wilt ook weten waar ze ten opzichte van elkaar op de DNA-streng van één chromosoom zitten. Dit om bijvoorbeeld binnen een familie inzicht te krijgen in de overerving van bepaalde ziekten.

Moleculaire biologie plus nanotechnologie
Onderzoekers uit het Amerikaanse Cambridge combineren moleculair-biologische en nanotechnologische technieken om dit probleem te tackelen, zo schrijven zij in Nature Biotechnology. Om bepaalde genetische veranderingen zichtbaar te maken, synthetiseren ze kleine stukjes DNA (‘oligonucleotiden’) die precies binden aan de plaatsen op het DNA waar veranderingen voorkomen. Dit is gebaseerd op het bekende feit dat A’s in dubbelstrengs DNA aan T’s binden, en G’s aan C’s. Zo bindt het oligonucleotide CCCGGTTTTA bijvoorbeeld aan de basenvolgorde —TAAAACCGGG—.
Vervolgens plakken de onderzoekers chemische verbindingen van verschillende grootte (‘labels’) aan deze synthetische stukjes DNA, bijvoorbeeld een groot molecuul aan een oligonucleotide dat één genetische variatie opspoort, en een wat kleiner molecuul aan een oligonucleotide voor een andere genetische variatie. De gelabelde oligonucleotiden worden dan bij het te onderzoeken DNA gebracht.

Scan van een gelabeld DNA-fragment met de atomic-force-microscoop

Tot slot lezen de onderzoekers met een atomic-force-microscoop (AFM) de DNA-streng af. Een AFM tast met een zeer scherp puntje een oppervlak af, en meet de atomaire afstotingskrachten die het puntje onderweg ondervindt. Zo kan een oppervlak op nanometerschaal in kaart worden gebracht (een nanometer is 0,000.000.001 meter).

Koolstofnanobuizen
Een koolstofnanobuis (zie rubriek Hot Paper in Natuurwetenschap & Techniek, april 2000) aan de tip maakt de conventionele AFM een grootte-orde gevoeliger dan conventionele AFM. Scan je er de gelabelde DNA-streng mee, dan kun je zelfs de grote of iets kleinere moleculen die aan de synthetische DNA-fragmenten zijn geplakt onderscheiden. Ook de afstand tussen twee erfelijke afwijkingen op het DNA kun je nauwkeurig bepalen.

Aan nanotechnologie zijn al heel wat mooie woorden gewijd (zie bijvoorbeeld het boek Nanotechnologie in de Wetenschappelijke Bibliotheek van Natuurwetenschap & Techniek). Tot dusver blijft het veelal bij termen als ‘veelbelovend’. Ook deze techniek is nog niet geschikt voor routinebepalingen. Daarvoor moet hij eerst worden geautomatiseerd. De onderzoekers van Harvard en MIT hebben wél laten zien dat nanotechnologie meer is dan theorie. Voor het vakgebied lijkt het een grote stap voorwaarts.

Jos van den Broek