Onderzoekers aan de University of California in de VS hebben een bio-elektronische chip uitgevonden die binnen enkele minuten zieke genen kan opsporen. Deze chip combineert de elektrische eigenschappen van de stof grafeen met CRISPR, een techniek waarmee genen in organismen kunnen worden geplaatst.
CRISPR gebruikt daarvoor het schaarmolecuul Cas9, dat de sequentie in DNA kan herkennen die ervoor zorgt dat een gen niet werkt. Daarvoor geven de onderzoekers Cas9 een stukje gids-RNA mee dat past bij de sequentie die ze zoeken.
Elektroden registreren zieke genen
De biochip bestaat uit een laagje grafeen dat is verbonden met twee elektroden, die continu de elektrische weerstand in het materiaal meten. Op het grafeen ligt een laag Cas9-moleculen die zijn ontworpen om een bepaald ziek gen op te sporen.
Op basis van één DNA-monster kan een nieuwe biochip genen voor o.a. sikkelcelanemie en de ziekte van Duchenne opsporen.
De onderzoekers hoeven alleen nog maar een DNA-monster op de chip te spuiten, waarna Cas9 de DNA-strengen in het monster scant. Als het molecuul het zieke gen tegenkomt en herkent, geeft het een kleine elektrische impuls die het geleidend vermogen van het grafeen verandert.
Deze verandering wordt geregistreerd door de elektroden, waardoor de onderzoekers kunnen zien dat het DNA-monster het zieke gen bevat.
Schaarmolecuul tast naar mutatie in het DNA
Dna-streng wordt geopend en gescand
Het schaarmolecuul Cas9 trekt de DNA-streng door zich heen en opent deze. Het molecuul heeft een stukje gids-RNA, dat met de DNA-streng wordt vergeleken.
Schaarmolecuul vindt een match
Als Cas9 het zieke gen ontmoet, past de geopende DNA-streng perfect op de RNA-streng. Die match wekt een kleine elektrische impuls op in het Cas9-molecuul.
Elektrische weerstand van Grafeen verandert
De impuls van Cas9 plant zich voort naar het gevoelige grafeen, waardoor het geleidend vermogen daarvan verandert. Met het grafeen verbonden elektroden registreren dit.
Zodoende kan de CRISPR-chip sneller tot een resultaat komen dan de huidige methoden. Op dit moment moet het DNA eerst worden gekopieerd met de zogeheten PCR-techniek.
Dan wordt het miljoenen keren onderzocht voor het kan worden gescand op bepaalde genen. Dat is een tijdrovend proces waarvoor dure apparatuur nodig is.
Zo brengt de chip ziekten aan het licht:
De onderzoekers denken dat de CRISPR-chip relatief makkelijk zo is uit te breiden dat hij naar meer zieke genen kan zoeken in één monster.
Tot dusver is de chip getest op DNA-monsters van mensen met genetische mutaties die leiden tot sikkelcelanemie (bloedziekte) en de ziekte van Duchenne (spierziekte).
In de toekomst kan de chip het makkelijker maken om dergelijke zieke genen vroeg op te sporen, zodat mensen sneller kunnen worden behandeld dan nu – misschien zelfs al voordat de ziekte tot uiting komt.