211service.com
Lab op een Swab
Stel je voor dat er een pandemische griep uitbreekt in Azië. Een vliegtuig met blootgestelde passagiers reist over de Stille Oceaan naar Los Angeles. Een van hen begint te hoesten, waardoor voelbare angst zich door de cabine verspreidt.
Een stewardess handelt snel en efficiënt en trekt een klein apparaatje uit het bagagecompartiment, neemt een keelmonster van de zieke passagier en identificeert het virus als griep. Bij de landing worden alle reizigers in quarantaine geplaatst - en wordt de verspreiding van de griep gedwarsboomd.
Het is een scenario dat in de niet al te verre toekomst werkelijkheid kan worden, dankzij een groep onderzoekers die hebben gewerkt aan manieren om genetische informatie efficiënter uit het menselijk DNA te halen.
Bovendien zou het, indien gecombineerd met een draadloos netwerk, de verspreiding van griepstammen over de hele wereld kunnen volgen.
Het begon allemaal met een klein apparaat – en een groots idee.
In 1992 begon een multidisciplinaire groep aan de Universiteit van Michigan met de ontwikkeling van een lab-on-a-chip-apparaat, een Genotyper genaamd, als een manier om de stappen te verminderen die nodig zijn om genetische informatie uit menselijk DNA te halen met behulp van microfabricagemethoden. (Zie Notebook voor het lab-on-a-chip-concept.)
Van DNA afgeleide informatie kan worden gebruikt bij het testen van alles, van of een kip veilig is om te eten, tot de oorsprong van een bloedvlek op een plaats delict, of of een kind het griepvirus heeft.
Na enkele jaren van prototyping begonnen onderzoekers uit Michigan te discussiëren over mogelijke toepassingen van het Genotyper-apparaat, dat ongeveer zo groot is als een afstandsbediening van een tv.
De voordelen zijn dat [de Genotyper] zeer draagbaar is, zegt Ronald G. Larson, voorzitter van de afdeling Chemical Engineering in Michigan. Het leek ideaal om ter plaatse genomics op virussen te doen - en griep was een logische kandidaat.
Dus begonnen ze een apparaat te bouwen dat snel de genetische samenstelling van het griepvirus kan identificeren.
Aangezien influenza een RNA-virus is, moet het RNA eerst worden omgezet in DNA voordat het op de chip kan worden geamplificeerd. Bij het proces, dat PCR (polymerasekettingreactie) wordt genoemd, komen enzymen vrij die het DNA op bepaalde punten verteren of knippen.
De manier waarop het gen wordt geknipt of niet, hangt af van welk griepgen je hebt, zegt Larson. De DNA-fragmenten worden vervolgens door een gel gehaald en gekleurd met fluorescerende tags, waardoor wetenschappers de ene griepstam van de andere kunnen onderscheiden, of kunnen zien of er een nieuwe stam is ontstaan.
Tot nu toe is de Genotyper getest op menselijke genen, muizen (een veelgebruikte bron voor het zoeken naar genetische variaties) en op het DNA van twee griepstammen.
Je hebt een soort microprocessor of hardwarestuk, zegt het oorspronkelijke groepslid Mark A. Burns, hoogleraar chemische en biomedische technologie aan de Universiteit van Michigan. Dan zet je gewoon andere software op, maar in ons geval zou je het wetware noemen, verschillende reagentia, om verschillende dingen te testen.
De onderzoekers uit Michigan hebben het proces niet met een keelmonster doorlopen omdat ze het zuiveringsprobleem moeten oplossen (zie Notebook). Tot nu toe hebben ze voorgezuiverd DNA genomen en gegenotypeerd.
Hoewel het 36 jaar geleden is sinds de laatste wereldwijde grieppandemie onder de menselijke bevolking, is de dreiging van een hedendaagse uitbraak altijd aanwezig. Recente uitbraken van vogelgriep onderstrepen die realiteit. Bovendien is de noodzaak om nieuwe varianten van het griepvirus op te sporen, vanwege de genetische veranderlijkheid, de snelle overdracht en het vermogen om van dier op mens te gaan, van cruciaal belang. Volgens William A. Petri Jr., hoogleraar geneeskunde, microbiologie en pathologie aan de Universiteit van Virginia, zijn vrijwel alle griepexperts het erover eens dat er een nieuwe grieppandemie zal plaatsvinden.
Als arts stelt Petri zich voor dat op een dag een Genotyper-achtig apparaat zal worden gebruikt om snel het type, subtype of stam van het griepvirus bij een patiënt te identificeren, en vervolgens een arts die de informatie gebruikt om het juiste medicijn te selecteren.
Petri merkt op dat de meeste patiënten tegenwoordig twee tot drie dagen wachten voordat ze naar de dokter gaan. Als ze binnen de kritieke periode van 48 uur thuis een diagnose zouden kunnen stellen, zouden ze een effectievere behandeling kunnen krijgen - en de kans verkleinen dat ze anderen besmetten.
Over 15 tot 20 jaar hopen onderzoekers dat een patiënt een neusuitstrijkje of keelmonster kan nemen, dit op de Genotyper-chip kan plaatsen en thuis zelf een diagnose kan stellen. Vervolgens konden gegevens in een draadloos netwerk worden ingevoerd en werden varianten van de griep wijk voor wijk, stad voor stad of daarbuiten in kaart gebracht.
Burns voorziet een half dozijn andere mogelijke toepassingen voor zo'n geïntegreerd genetisch-detecterend apparaat (zie Notebook). Maar hij erkent ook dat de technologie mogelijk kan worden misbruikt. Gewetenloze zorgverzekeraars of potentiële werkgevers kunnen bijvoorbeeld informatie over iemands genetische samenstelling onderscheppen en polishouders of werknemers discrimineren.
Maar hoe haalbaar is zo'n revolutionair diagnostisch apparaat?
Om zoiets op commercieel niveau echt te laten werken, komt veel kijken, niet alleen technologisch, maar ook sociologisch, economisch, zegt Larson. Ondanks deze kanttekeningen denkt hij echter dat het in massaproductie en goedkoop kan worden.
Wat we echt proberen te doen, is het veld vooruit te stuwen en ons te concentreren op wat we zien als een grote behoefte aan het opsporen van virale pathogenen, zegt Larson.