Binnen in de genoomfabriek van China

Toen hij 17 jaar oud was, stopte Zhao Bowen met de meest prestigieuze middelbare school in Peking. Zoals veel rusteloze jonge mensen in China, trok hij naar het zuiden naar Shenzhen, de fabriekshoofdstad van het land, voor een baan. Als een tienerwetenschappelijk wonderkind was hij echter niet gebonden aan een lopende band; in plaats daarvan was hij op weg naar 's werelds grootste productiecentrum voor DNA-gegevens. Nu, een paar jaar later, in een omgebouwde schoenenfabriek die het hoofdkantoor is van BGI-Shenzhen, orkestreert de 21-jarige een poging om de genetische samenstelling van zo'n 2.000 mensen te ontcijferen - meer dan 12 biljoen DNA-basen in totaal.

BGI-Shenzhen, ooit bekend als het Beijing Genomics Institute, is uit relatieve vergetelheid geraakt en is 's werelds meest productieve sequencer van menselijk, plantaardig en dierlijk DNA geworden. In 2010 kocht BGI met behulp van een kredietlijn van $ 1,58 miljard van de China Development Bank 128 ultramoderne DNA-sequencingmachines voor ongeveer $ 500.000 per stuk. Het bezit nu 156 sequencers van verschillende fabrikanten en is goed voor zo'n 10 tot 20 procent van alle wereldwijd geproduceerde DNA-gegevens. Tot nu toe beweert het zo'n 50.000 menselijke genomen volledig te hebben gesequenced - veel meer dan enige andere groep.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 2013

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

De enorme omvang van BGI heeft het Chinese genenonderzoek al op de kaart gezet. Diezelfde schaalvoordelen kunnen ook een voordeel worden, aangezien uitgebreide genuitlezingen onderdeel worden van de dagelijkse geneeskunde. De kosten van DNA-sequencing dalen snel. Over een paar jaar zullen waarschijnlijk miljoenen mensen willen weten wat hun genen voorspellen over hun gezondheid. BGI is misschien degene die het hen vertelt.

Het instituut heeft niet alleen een reeks grootse wetenschappelijke projecten geïnitieerd. (In januari kondigde het aan dat het de DNA-sequentie had bepaald van niet één maar 90 soorten kikkererwten.) Het was ook een pionier in een bedrijf voor verhuur voor onderzoek om menselijke genomen in bulk te decoderen, en nam opdrachten aan van 's werelds beste farmaceutische bedrijven en universiteiten. Vorig jaar is BGI zelfs begonnen met het installeren van satellietlaboratoria in buitenlandse onderzoekscentra en deze te bemannen met Chinese technici.

De opkomst van BGI wordt met nieuwsgierigheid en enige schroom bekeken, niet alleen vanwege de omvang van de organisatie, maar ook vanwege de opportunistische zakelijke benadering (het heeft een centrum voor het klonen van varkens, houdt zich bezig met stamcelonderzoek en heeft een diagnostisch laboratorium). Het instituut heeft 4.000 mensen in dienst, net zoveel als een middelgrote universiteit - 1.000 alleen al in de bio-informatica-divisie. Net als Zhao zijn de meesten jong - de gemiddelde leeftijd is 27 - en sommigen slapen in slaapzalen van bedrijven. Het gemiddelde salaris is $ 1.500 per maand.

Tien jaar geleden voltooide het internationale Human Genome Project de eerste kopie van de menselijke genetische code voor een bedrag van $ 3 miljard. Dankzij een reeks slimme innovaties zijn de kosten om het DNA in iemands genoom uit te lezen sindsdien gedaald tot slechts een paar duizend dollar. Maar dat heeft alleen maar nieuwe uitdagingen gecreëerd: hoe de gegevens op te slaan, te analyseren en te begrijpen. Volgens BGI genereren zijn machines elke dag zes terabytes aan gegevens.

Zhang Yong, 33, een senior onderzoeker bij BGI, voorspelt dat de kosten van het sequencen van een menselijk genoom binnen het volgende decennium zullen dalen tot slechts $ 200 of $ 300 en dat BGI een kracht zal worden bij het samenstellen van een wereldwijde bio-Google - het zal helpen bij het organiseren van alle s werelds biologisch informatie en deze universeel toegankelijk en bruikbaar te maken.

BGI citeert prijzen zo laag als $ 3.000 om het DNA van een persoon te sequensen.

Sommige buitenstaanders betwijfelen echter of BGI iets meer is dan de biologieversie van Foxconn, de gigantische assembleur van iPads en andere gadgets die elders zijn ontworpen, waarvan de grootste fabriek, met zo'n 240.000 werknemers, ook in Shenzhen staat. Hoewel BGI belangrijke wetenschap heeft gedaan - een recent artikel over het rangschikken van de bacteriën in de menselijke darm maakte de pagina's van Natuur - het wordt meer gezien als een massaproducent van gegevens dan als een aanstichter van origineel onderzoek dat kan verklaren wat de resultaten betekenen.

BGI is zeer indrukwekkend opgeschaald, zegt Eric Lander, directeur van het Broad Institute in Cambridge, Massachusetts, dat het grootste academische centrum voor DNA-sequencing in de Verenigde Staten exploiteert. Maar ik denk dat die absolute schaal veel minder belangrijk is dan wat je ermee doet.

Maak je geen zorgen, wees gelukkig

BGI's president, Wang Jian, 59, richtte het bedrijf samen met Yang Huanming, 61, op in 1999. Ze slaagden erin de leiders van het Human Genome Project, dat toen in volle gang was, te overtuigen om hen 1 procent van het werk te laten doen, waardoor China enige ontwikkelingsland een belangrijke rol spelen. In 2002 trok BGI de aandacht door de volledige reeks van de rijstplant te publiceren in Wetenschap . Onderzoek in nationaal belang was een steunpilaar van BGI: het decodeerde het DNA van de reuzenpanda en ontdekte de genetische mutatie die Tibetanen zo geschikt maakt voor het leven op grote hoogte. Buiten de werkuren staat Wang erom bekend dat hij in 2010 de Mount Everest heeft beklommen. (Het is een nationaal park, dus wat? Geen probleem, zegt hij.)

Een eigenzinnige, informele logica beheerst BGI. Dat maakte het een raadsel voor waarnemers; het is heel anders dan hiërarchische Chinese instellingen, waar referenties en connecties het belangrijkst kunnen zijn. Adjunct-directeur Xu Xun, 29, die toezicht houdt op de 1000-koppige bio-informaticagroep, zegt dat BGI daarom zoveel getalenteerde jonge mensen aantrekt. Je krijgt hier [een rol in] veel spannende dingen, zegt hij. In 2010, Natuur citeerde het model van BGI in een redactioneel commentaar met de vraag of wetenschappers doctoraten echt nodig hebben. Xu kwam zelf bij BGI terecht nadat hij zijn promotieonderzoek had opgegeven. Hij is wat bewonderenswaardig in het bedrijf bekend staat als een verlater - ongeduldig met school en verlangend naar praktijkervaring.

Bloedmonsters worden in geautomatiseerde DNA-sequencingmachines gevoerd.

In Wang's cel, die zich in het midden van een lange baai van identieke blauwe hokjes bevindt, ondersteund door ramen die uitkijken op een bouwplaats op een berghelling, ligt een met de hand ondertekende brief van Bill Gates waarin hij een samenwerking aankondigt op het gebied van landbouwgenomica die BGI en de Gates Foundation zijn overeengekomen om te duren val. Hij houdt van de drop-outs, zegt Wang over de Microsoft-voorzitter. Hij grijnst en zingt dan een paar maten uit Don't Worry, Be Happy van Bobby McFerrin en voegt eraan toe: I love that song.

BGI noemt zichzelf het eerste door burgers beheerde onderzoeksinstituut in China. Met sterke politieke steun van Peking werd het in 2003 onderdeel van de geroemde Chinese Academie van Wetenschappen. Maar het viel niet mee. De conservatieve academie beperkt de omvang van haar instituten, maar BGI was op zoek naar personeel en het snakte ook naar universitaire diploma's. In 2007 bood de regering van Shenzhen BGI $ 12,8 miljoen aan om naar de havenstad te verhuizen en een onafhankelijk instituut te worden.

Tegenwoordig, zegt Wang, is slechts ongeveer 10 procent van de inkomsten van BGI afkomstig van overheidsprojecten - en dat komt grotendeels van lokale gemeenten, niet van Peking. De rest is een mix van subsidies, enkele anonieme donaties en vergoedingen van klanten, waaronder zo weinig als $ 3.000 tot $ 4.000 om een ​​menselijk genoom te sequensen.

En hoewel het een non-profitorganisatie is, heeft BGI verschillende bedrijven. Dat laat westerlingen gissen naar de ware aard van het Chinese instituut. Wang zegt dat ze zich geen zorgen hoeven te maken. We houden van wetenschap; we hebben geld nodig. We hebben die twee dingen bij elkaar gebracht, zegt hij. Ik gebruik mijn linkerhand om geld te verdienen en mijn rechterhand om fundamenteel onderzoek te doen. Op een recente biotechnologieconferentie in Shenzhen, mede gesponsord door BGI, gaf Wang de openingspresentatie. Op een van zijn dia's stond: World-Class Science = World-Class Business.

Duizenden genomen

In zijn wetenschappelijke werk treedt BGI vaak op als de aanjager van andermans ideeën. Dat is het geval in een groot project van Steve Hsu, vice-president voor onderzoek aan de Michigan State University, om te zoeken naar genen die intelligentie beïnvloeden. Onder leiding van Zhao Bowen sequent BGI nu het DNA van meer dan 2.000 mensen - voornamelijk Amerikanen - met IQ-scores van ten minste 160, of vier standaarddeviaties boven het gemiddelde.

Het DNA is voornamelijk afkomstig van een verzameling bloedmonsters verzameld door Robert Plomin, een psycholoog aan King's College, Londen. Het plan, om het genoom van genieën en mensen met gewone intelligentie te vergelijken, is wetenschappelijk riskant (waarschijnlijk zijn er duizenden genen bij betrokken) en enigszins controversieel. Om die redenen zou het erg moeilijk zijn om de $ 15 of $ 20 miljoen te vinden die nodig is om het project in het Westen uit te voeren. Misschien werkt het, misschien ook niet, zegt Plomin. Maar BGI doet het in principe gratis.

Vanuit het perspectief van Plomin is BGI zo groot dat het meer DNA-sequentiecapaciteit lijkt te hebben dan het weet wat ermee te doen. Het heeft al die machines en mensen die met projecten moeten worden gevoed, zegt hij. Het IQ-onderzoek is niet het enige lopende megaproject. Met een Amerikaanse non-profitorganisatie, Autism Speaks, wordt BGI betaald om het DNA van maximaal 10.000 mensen uit gezinnen met autistische kinderen te sequensen. Voor onderzoekers in Denemarken decodeert BGI de genomen van 3.000 zwaarlijvige mensen en 3.000 magere mensen.

Naast de basiswetenschap, is BGI begonnen zichzelf te positioneren als de motor van wat naar verwachting een hausse zal zijn in het medische gebruik van genoomscans. Zo kwam het in 2011 overeen om een ​​DNA-analysecentrum te installeren in het Children's Hospital van Philadelphia, een toonaangevend kinderziekenhuis. Tien bio-informatica-experts werden met tijdelijke visa vanuit Shenzhen ingevlogen om het centrum te creëren, dat zes maanden later werd geopend met vijf sequencing-machines.

Naarmate de technologie klinisch wordt gebruikt, kan het aantal genomen waarvan de sequentie in hun geheel wordt bepaald, oplopen tot miljoenen per jaar. Dat is waar zowel het Philadelphia Hospital als BGI zich op voorbereiden. Ze hebben de expertise, instrumenten en schaalvoordelen, zegt Robert Doms, hoofd patholoog van het kinderziekenhuis. Hij zegt dat het BGI een vergoeding zal betalen voor elk genoom dat het sequentieert, en de service zal bieden aan ouders van jonge patiënten met niet-gediagnosticeerde ziekten. Het ziekenhuis gaat ook nieuwe soorten genetische tests ontwikkelen, een gebied waarvan de Chinezen het erover eens zijn dat ze nog veel te leren hebben. Hoewel BGI een genetisch testcentrum in China heeft, is de mate van regulering in de Verenigde Staten nieuw voor zijn onderzoekers. Het is een heel extra niveau van strengheid, zegt Doms.

BGI bewijst ook dat het wendbaar kan zijn bij het zoeken naar zakelijke kansen. Afgelopen herfst deed het een verrassend bod om een ​​haperend Amerikaans bedrijf, Complete Genomics of Mountain View, Californië, te kopen. Het bedrijf exploiteert een complexe technologie voor het sequencen van menselijk DNA; in 2012 was het goed voor misschien 10 procent van alle menselijke DNA-gegevens die wereldwijd werden gegenereerd. Maar het was geld verliezen.

BGI's bod om het bedrijf te kopen, voor de verkoopprijs van $ 118 miljoen, heeft de concurrentie in de VS tot ongerustheid gewekt. De belangrijkste leverancier van DNA-sequencing-instrumenten, Illumina, probeerde de deal te verbreken met een tegenbod en deed een beroep op Washington om de overname blokkeren. BGI het bedrijf laten overnemen zou gelijk staan ​​aan het verkopen van China formule voor cola , zei de CEO van Illumina, Jay Flatley. Flatley waarschuwde dat de Chinezen, die tot nu toe afhankelijk waren van Amerikaanse machines, de technologie van de volgende generatie zouden kunnen domineren - en dat ze zelfs op de een of andere manier snode gebruik zouden kunnen maken van Amerikaanse DNA-gegevens die door hun computerservers per terabyte stromen. Amerikaanse regelgevers hebben de bezorgdheid over de nationale veiligheid afgewezen en de goedkeuring van de deal is in afwachting.

De leiders van BGI weten dat de weerstand tegen de uitbreiding reëel is, maar ze schudden de zorgen van zich af. De grap in de cabines is dat als BGI echt een instrument van Peking was, het waarschijnlijk mooiere kantoorruimte zou hebben. Nuchterder zegt Xu, het hoofd van het bioinformatica-team, over de overname: Dit is een goede technologie. Het bedrijf is failliet; we denken dat het een goede kans is om iets te doen.

Wang, de Everest-klimmer, wordt nog steeds vaak gevraagd om de strategie en bedoelingen van BGI uit te leggen. Hij zegt te denken aan een rondzwervende migrerende werknemer - op zoek naar kansen en af ​​en toe de autoriteiten irriteert. Dat is wat BGI is. Maar zijn enige kernmissie is om werk te doen dat maatschappelijk nuttig is, zegt hij: zijn strategie is om goed te doen.

zich verstoppen