Laboratorium op
chipformaat

De ruimte ziet er steriel uit, de laboratoriumtafels zijn nog leeg. Het ruikt nieuw, en zeker niet naar aardbeien. Op de deur is een fotokopietje geplakt: “Genenexpressie- en detectiecentrum”. De naambordjes zijn nog in de maak. Het is moeilijk voor te stellen dat hier straks apparatuur staat die uniek is voor Nederland.

„Vanmorgen is de bestelbon voor een speciale scanner de deur uitgegaan”, zegt dr. A. J. van Tunen terwijl hij de plaats aanwijst waar de machine moet komen te staan: tegenover een apparaat dat stukjes genetisch materiaal razendsnel kan kopiëren. Nog voor de zomer beschikken de Wageningse onderzoekers over een nieuwe techniek waarmee ze naar wel duizend genen tegelijk kunnen kijken, de DNA-chip. „Als we dat in de vingers krijgen, betekent het een enorme versnelling van ons onderzoek”.

Van Tunen staat aan het hoofd van de afdeling celbiologie van het CPRO-DLO, het Centrum voor Plantenveredelings- en Reproduktieonderzoek van de Dienst Landbouwkundig Onderzoek. Een belangrijke tak van het onderzoek op dit centrum is het verbeteren van de kwaliteit van gewassen. „Vanouds gebeurt dit door te kruisen. Met het blote oog worden de geschikte exemplaren uitgezocht, en om de smaak te beoordelen hebben we hele smaakpanels nodig. Het is echter veel efficiënter als we op het niveau van de erfelijke informatie, de genen, kunnen kijken. Dan weten we heel snel of nakomelingen van een kruising wel aanleg hebben voor de gewenste eigenschappen”.

In de kinderschoenen
De moleculair biologen beschikken al een tiental jaren over technieken om op het niveau van de genen te kijken. Van Tunen: „Dat kan steeds voor maar één gen tegelijk. In een aardbei zijn wel 20.000 tot 30.000 genen actief. We zijn erg geïnteresseerd in de functies van die genen. Bij dat onderzoek kan de DNA-chip van groot belang zijn. Als we weten welke genen een rol spelen bij de smaak van een vrucht en hoe die genen eruitzien, dan is het nog maar een kleine stap om te kijken of nieuwe aardbeirassen de goede aanleg hebben. Of we bouwen die genen in met behulp van genetische modificatie”.

De techniek van de DNA-chip staat nog maar in de kinderschoenen. Dat brengt met zich mee dat de apparatuur nog schrikbarende hoeveelheden geld kost: „Het loopt in de miljoenen”. Veel tijd en kennis zijn nodig om de techniek te gaan beheersen. Samen sta je sterker, moeten het CPRO-DLO en een ander Wagenings onderzoeksinstituut, het Rikilt-DLO hebben gedacht toen ze het “Genexpressie- en detectiecentrum” oprichtten. Van Tunen werkt –samen met collega's van Stanford University in Californië– al met de DNA-chips en wil de technologie graag in Nederland invoeren. Komende donderdag presenteren de Wageningse onderzoeksinstituten hun samenwerking op het zevende Nederlandse Biotechnologie Congres in Ede.

Inkjet-printer
Ook voor het Rikilt-DLO, het rijkskwaliteitsinstituut voor land- en tuinbouwproducten, is de DNA-chiptechniek van belang. „Wij kijken naar de invloed van voedingsmiddelen op de mens”, zegt moleculair bioloog dr. ir. J. Keijer. „In tegenstelling tot het CPRO zit het Rikilt meer aan de voedselkant, niet aan de gewaskant”.

Als voorbeeld van het onderzoek noemt Keijer de effecten van bepaalde stoffen in het voedsel op darmcellen. „We willen graag weten wat er met het DNA van de darmcellen gebeurt onder invloed van voedingsmiddelen. Dat is heel lastig te meten, want de reacties van de darmcellen op voeding zijn nogal ingewikkeld. Met de DNA-chip hebben we nu een sterk instrument in handen om dat aan te kunnen”.

De eerste DNA-chips kwamen eind vorig jaar op de markt. De chip bevat geen elektronica, maar dankt zijn naam aan de manier waarop hij gemaakt wordt. Een Californisch bedrijf, Affymetrix, ontwierp de GeneChip op een manier die is afgekeken van de fabricage van computerchips. Inmiddels introduceerde het bedrijf een GeneChip die erfelijke vormen van borstkanker opspoort en een andere chip die detecteert met welke vorm van het aids-virus iemand besmet is. In de achterliggende maanden hebben tal van onderzoekers zich op de productie en het gebruik van de DNA-chip gestort.

De Affymetrix-techniek is erg duur, omdat voor het productieproces ingewikkelde mallen gemaakt moeten worden. Wageningen gaat de chips daarom op een iets andere manier maken. „Een soort inkjet-printer spuit druppeltjes met daarin stukjes DNA op een voorbehandeld glasplaatje. Er passen nu zo'n vierduizend van die vlekjes op een glasplaatje van ongeveer een vierkante centimeter”, legt Van Tunen uit. Als de techniek wat verder ontwikkeld is, moet het straks mogelijk zijn om 20.000 vlekjes op datzelfde oppervlak te zetten. In elk van die minuscule druppeltjes zitten miljoenen kopieën van een stukje DNA.

Bloemkleur
Met de DNA-chip is het mogelijk voor een groot aantal genen te kijken of ze aan- of uitgeschakeld zijn. Niet alle genen staan altijd 'aan'. De meeste cellen in een mens, plant of dier hebben zich gespecialiseerd tot een bepaalde taak. Alleen genen die voor die taak belangrijk zijn, staan aangeschakeld: ze komen tot expressie. Zo is het gen voor wortelgroei niet actief in de vrucht, en het gen voor bloemkleur niet in de wortels van de plant. Dat aan- en uitschakelen wordt bovendien beïnvloed door de omstandigheden, bijvoorbeeld het weer.

Met de DNA-chip kunnen de onderzoekers snel kijken welke genen een rol spelen bij bijvoorbeeld de smaakvorming van een aardbei. Van Tunen: „Al de genen van een aardbei komen op een glasplaatje. Aan deze aardbei-DNA-chip voegen we daarna genetisch materiaal toe dat in een rijpende vrucht tot expressie komt. Dat genetisch materiaal is 'gemerkt' met een lichtgevende stof.

Op het glasplaatje vindt een reactie plaats: waar het erfelijk materiaal van de rijpe vrucht precies overeenkomt met de genen op de chip, blijven de lichtgevende stukjes 'plakken'. Met een laserscanner kunnen we de lichtgevende vlekjes opsporen en daaruit afleiden welke genen van de aardbei ervoor zorgen dat de vrucht een lekkere smaak krijgt”.

De experimenten met de DNA-chip leveren een duizelingwekkende hoeveelheid gegevens op. Van Tunen: „Het verwerken daarvan is een totaal nieuwe tak van sport. Daarom hebben we een bio-informaticus aangesteld”.

Geen modegril
De Wageningse onderzoekers verwachten veel van de nieuwe chip. Van Tunen ziet het voordeel vooral in de tijdwinst. De route naar lekkere en gezonde gewassen zal voortaan veel korter zijn. Voor Keijer is de DNA-chip dé manier om de vaak heel complexe reacties van het lichaam op voeding te kunnen bekijken. „Een voorbeeld is de invloed van bepaalde yoghurtachtige drankjes op de darmen. Men beweert dat die gezond zijn. Tot nu toe kon de precieze invloed nooit aangetoond worden. Met de DNA-chip moet dat gaan lukken”.

De DNA-chip is zeker geen modegril in de dynamische onderzoekswereld. „Dit is een van de heel grote sprongen”, oordeelt Van Tunen, terwijl hij de vergelijking maakt met de revolutionaire polymerase-kettingreactie (PCR), die halverwege de jaren tachtig voor een doorbraak in de biotechnologie zorgde. Inmiddels staat in elk gerenommeerd lab een PCR-apparaat dat razendsnel een stukje DNA kan vermenigvuldigen tot miljoenen kopieën. Deze vondst werd al binnen acht jaar beloond met een Nobelprijs. De tijd zal leren of de DNA-chip dat ook waard blijkt; hij levert waarschijnlijk wel lekkere aardbeien op. Hoewel de zomerkoninkjes dit jaar nog van het 'ouderwetse' soort zullen zijn.