Kortlægning af gener kaldes med et fint ord 'gensekvensering'. Noget, som er blevet muligt i løbet af de sidste ti år takket være den teknologiske udvikling.
I forrige uge åbnede et nyt laboratorium ved Norwegian Sequencing Centre (NSC) på Universitetet i Oslo (UiO). Laboratoriet rummer blandt andet en ny, kostbar maskine, der tilhører det, som af nogen kaldes 'tredje generations-gensekvenseringsmaskiner.'
Sikkert er det, at denne generation ikke bliver den sidste.
»Men vi er stadig meget tidligt i teknologiudviklingen,« påpeger Kjetill S. Jakobsen, biologiprofessor ved UiO og en af to ledere ved centret.
Virus tygges igennem
I baggrunden står nyanskaffelsen, en såkaldt enkeltmolekylesekvenseringsmaskine af mærket Pacific Biosciences RS, der netop nu er i færd med at tygge sig igennem et bakteriespisende virus’ genom.
Den nye maskine er i stand til at levere data om lange rækker af DNA i modsætning til forrige generation, der kun gav korte DNA-sekvenser, som måtte limes sammen for at give et billede af et helt genom.
Genom er et andet ord for et menneskes eller en anden organismes samlede genetiske arvemateriale.
Vi har alle et genom, også virusset som nu får afsløret sine inderste hemmeligheder.
Hvor anden generation kunne læse 400 baser - byggeklodserne i DNA-molekylet - kan nyanskaffelsen læse 20.000 baser eller mere.
Muliggør hurtigere diagnose
Inden for medicinsk forskning kan den nye teknologi for eksempel bruges til at kortlægge hele udgaver af HIV-virusset, siger professor Dag Erik Undlien ved Institutt for klinisk medisin.
Dag Erik Undlien er den anden af de to ledere ved NSC.
Hurtigere maskiner kan også gøre det nemmere at bidrage til patientbehandling. For eksempel hos børn med sjældne, arvelige sygdomme.
»Mange må ofte gennem en meget omfattende diagnosticering såsom rygmarvsprøver. Genetik kommer ofte vældigt sent ind i den proces. Nu vil vi se, om vi kan komme ind på et tidligere tidspunkt,« siger Dag Erik Undlien.
Torskens slægtninge kan også kortlægges
For biologerne er mulighederne også store. De kan for eksempel forstå mere af, hvad det er, der regulerer hvilke gener som tændes og slukkes, ved at kortlægge flere dele af arvestoffet i mennesker og dyr.
De kan også komme tættere på evolutionen. Da norske forskere i fjor kortlagde torskens arvemateriale gav det mange overraskelser – blandt andet at torsken har et helt unikt immunsystem. En kortlægning af torskens nære og fjerne slægtninge kan fortælle mere om, hvordan og hvorfor torsken har udviklet sådan et immunforsvar.
Gensekvensering kan også revolutionere det gode gamle feltarbejde. Spor af gener i jordprøver kan nemlig fortælle om mangfoldigheden af arter, ikke bare i dag, men også i fortiden.
En lidt irritabel maskine
Gensekvenseringsudstyr er ikke noget man lige køber over nettet endnu. Forskellige konkurrerende teknologier er i brug.
Det kan være, at det går mod én, fælles metode. Men det kan også være, at forskellige teknologier kan dække forskellige behov og derfor leve side om side.
Den sidste nyanskaffelse til Norwegian Sequencing Centre koster otte millioner kroner plus nødvendig infrastruktur.
Den er desuden krævende – med behov for køleanlæg og strømtilførsel, som sikrer konstant spænding – og en smule irritabel. I starten spyttede den 30 procent af prøverne ud igen, et problem, der viste sig at skyldes en skuffe, som ikke var perfekt i vatter efter monteringen.
Revolution på revolution
Seniorforsker Robert Lyle ved Oslo Universitetssykehus illustrerede i et foredrag i forbindelse med åbningen af det nye laboratorium, hvor hurtigt det hele udvikler sig.
Maskinen, som i år 2000 blev brugt til at lave det første udkast af et menneskeligt genom, er for længst forældet. Den ville bruge 120 år på at generere en datamængde svarende til et menneskegenom, hvis den var alene om arbejdet.
Derfor havde man brug for en hel hal fyldt med maskiner for at få jobbet gjort.
I dag kan en af de nyeste maskiner ved NSC, kaldet Illumina HiSeq 2000, producere en tilsvarende datamængde på én time.
Men udviklingen slutter ikke her. Nu holder mange vejret og venter på en helt ny teknologi, som udvikles af det britiske selskab Oxford Nanopore. Denne teknologi kan være i færd med at revolutionere gensekvensering på ny.
Briterne har annonceret, at de i løbet af i år vil have udviklet en teknologi til gensekvensering, som kan laves så lille som en velvoksen hukommelsesnøgle til en PC.
Denne skal kunne placeres i USB-indgangen og opereres fra en almindelig computer.
»Dette vil gøre, at teknologien vil blive tilgængelig for mange flere laboratorier,« sagde Robert Lyle til forskning.no.
Lykkes selskabet med det, de har annonceret, vil gensekvensering på en måde blive demokratiseret, slår han fast.
Ser ikke konsekvenserne
Udviklingen inden for gensekvensering sammenlignes med computernes barndom.
Dekan Knut Fægri ved Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet trak linjerne tilbage til Emma, den første computer fra IBM, som kom til Norge i 1958 og nu står på Norsk Teknisk Museum i Oslo.
»Dengang stod vi over for en teknologisk udvikling, som man ikke kunne se konsekvenserne af,« påpegede han.
Emma, som var en IBM 650-maskine, var en revolution i 1950’erne og blev ifølge museets hjemmeside dengang omtalt i aviserne som et vidunder, som kunne foretage ”rent mirakuløse regneoperationer”. Den var stor og tung og kunne foretage 60 multiplikationer per sekund.
54 år efter kan vi konstatere, at en almindelig computer i dag er 50.000 gange hurtigere end Emma. For Knut Færgi er det fristende at sammenligne gensekvensering i dag med computerteknologi i 1950-og 60’erne.
»Vi ved ikke, hvor det vil føre os hen,« siger han.
Norwegian Sequencing Centre holder dels til i Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES) og til dels hos Avdeling for medisinsk genetikk ved Oslo universitetssykehus.
© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson
