Met de nieuwste, next generation afleestechnieken van DNA kun je het hele genoom in één keer aflezen, alsof je een flinke encyclopedie in één keer door de shredder haalt en de lettertjes verzamelt. Vroeger analyseerde je de pagina’s stap voor stap. Nu moet je dus ook het hele boek weer in elkaar zien te puzzelen. ‘Daar ligt nu de uitdaging’, vertelt Roeland van Ham, clusterleider Bio-informatica bij PRI. ‘Elk half jaar krijgen we sneller toegang tot de genetische informatie. Een veredelaar, die wilde weten waar op een genoom bepaalde resistentiegenen lagen, moest een decennium geleden nog vijf tot tien jaar op het antwoord wachten. Nu kan dat binnen een jaar.’
Aardappel
De ontwikkelingen bij tomaat en aardappel maken ook het tempo van vernieuwingen duidelijk. Voor het aardappelgenoom was tien jaar geleden 30 miljoen euro nodig en een consortium aan partijen. Wageningen Universiteit presenteerde eind vorig jaar de DNA-volgorde van het eerste chromosoom, en in 2010 moet het hele genoomproject klaar zijn. 'Als je daar nu aan zou beginnen ben je nog geen miljoen kwijt', schat Van Ham, 'en over een jaar ben je al klaar voor een ton'. Bij tomaat, waar het Centre of BioSystems Genomics de leiding heeft bij het maken van de genenkaart met behulp van nieuwe sequentietechnologie, is dat al net zo. ‘Al maakt het natuurlijk uit of je de eerste of honderdste tomaat doet. De tweede kost nog maar een tiende van de eerste omdat je het eerste genoom als referentie hebt’, vertelt Van Ham.Om iets te kunnen met de kale kennis van de bouwsteenvolgorde van een genoom, moet je de DNA-bouwstenen om te beginnen kunnen vergelijken met vele anderen: wat heeft deze wat de ander niet heeft. Vervolgens wil je erachter komen hoe het bouwwerk er dan uit gaat zien, oftewel: kun je het fenotype voorspellen op basis van de genoomsequentie. Om tot slot nog uit te zoeken hoe het bouwwerk uiteindelijk wordt in verschillende omstandigheden.
Bottleneck
De huidige statistische en wiskundige methoden zijn alleen nog niet berekend op zoveel data, legt Fred van Eeuwijk van Biometris uit. ‘Stel je werkt met moleculaire merkers. Het ene genotype heeft wel een bandje, een ander niet. Als je dit doet voor honderd merkers en één eigenschap, is de uitkomst nog redelijk overzichtelijk. Maar met de nieuwe technologie kunnen we al naar duizenden eigenschappen en miljoenen merkers tegelijk kijken. Dan wordt het lastig om te vertellen wat de uitkomst is. De statistische verwerking begint de bottleneck van de nieuwe generatie sequencingtechnieken te worden’, aldus Van Eeuwijk.Onderzoeker Marco Bink van Biometris initieerde daarom samen met twee collega’s uit Schotland (SCRI) en Frankrijk (INRA) de vorming van een netwerk van onderzoekers, van genetici en bioinformatici, om de benodigde hogere wiskunde verder omhoog te stuwen. De Europese Unie kende onlangs een EU COST Action toe aan het plan. Naast wetenschappers bij vele Europese instellingen zijn ook specialisten in China, Nieuw Zeeland en de Verenigde Staten geïnteresseerd. Werkgroepen gaan workshops en training schools organiseren, bij elkaar in de keuken kijken, er komt een website, een Wiki en publicaties – en alles publiek toegankelijk. ‘Via deze actie kunnen we onderzoekslijnen definiëren en voorstellen schrijven’, vertelt Bink. Biometris heeft vooral expertise en interesse in het onderdeel dat aandacht besteed aan hoe je van de DNA-volgorde naar een fenotype komt. Bink: ‘Dat gaat via vele stappen. We willen kijken of je daar wat van kunt overslaan, of dat je alle stappen steeds mee moet blijven nemen. Daarnaast kijken we naar wat voor statistische methoden overeind blijven met zoveel data. Misschien moet je de data voorlopig opsplitsen of comprimeren tot werkbare porties.’
Het aandeel van wiskunde en statistiek bij genoomonderzoek wordt de komende jaren dus onvermijdelijk groter. De grote uitdaging is dus nu het ontwikkelen en verbeteren van de theorie, algoritmen en gebruiksvriendelijke software, voordat de productie aan data echt een hoge vlucht neemt. Van Ham is daar optimistisch over. ‘Over een jaar of tien staat dit soort sequencingappartuur in ziekenhuizen, en is de techniek zover ontwikkeld dat een verpleegkundige een monster kan nemen waarna de apparatuur de resultaten zo presenteert dat een arts er iets mee kan.’
Bron: Plant Sciences Group
