Bioluminescentie maakt snelle DNA-detectie in infectiediagnostiek mogelijk

Stel je voor: een test met de nauwkeurigheid van PCR, maar sneller en simpeler. Onderzoekers van de TU Eindhoven hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor de detectie van DNA/RNA. PhD student Yosta de Stigter vertelt over de werking én toepassing van deze baanbrekende technologie.

 Door: Eline te Velde

Polymerase Chain Reaction (PCR) is een betrouwbare en veelgebruikte methode voor het opsporen van bacteriën en virussen. Door diverse cycli van verhitting en afkoeling vermeerderd het DNA en worden minuscule hoeveelheden viraal DNA detecteerbaar gemaakt. PCR vereist specialistische apparatuur en moet in het laboratorium worden uitgevoerd. In de praktijk betekent dit dat de patiënt één of meerdere dagen op een testuitslag moet wachten. De TU Eindhoven en Fontys Hogeschool werken samen aan een alternatief waarbij de huisarts zelf de diagnose stelt en de patiënt al binnen een half uur de uitslag heeft.

Yosta onderzoekt de mogelijkheid om deze nieuwe methode in te zetten bij het testen op soa’s. “Er zit een taboe op het onderwerp. Veel mensen vinden het lastig om naar de GGD of de huisarts te gaan en om een test te vragen. Het duurt nu soms twee dagen tot je de testresultaten krijgt, en in die tijd kun je nog niet starten met een behandelplan. We hopen dit proces te versnellen en de barrière om te testen te verlagen.”

Maar de onderzoekers zien vooral mogelijkheden in landen waar centrale laboratoria niet altijd beschikbaar zijn. “Infectieziektes, zoals malaria, zijn nog steeds een groot probleem. Eenvoudige en goedkope tests kunnen echt een groot verschil maken.”

LUNAS

Onderzoekers van de TU Eindhoven hebben een Luminescent Nucleic Acid Sensor (LUNAS) ontwikkeld. LUNAS maakt gebruik van zogenoemde luciferase-enzymen. Deze enzymen veroorzaken bioluminescentie en geven daarmee licht af, zoals bij vuurvliegjes en glimwormen. Yosta legt uit hoe het werkt: “De sensor detecteert het DNA van virussen of bacteriën in een monster. Om het juiste DNA te vinden gebruiken we het D-Cas9-eiwit.” Deze eiwitten zijn ontworpen om een heel specifiek stukje DNA, bijvoorbeeld van een virus, op te sporen en hieraan te binden.

“De luciferase-enzymen helpen ons om het DNA te detecteren”, vervolgt Yosta. “Deze splitsen we op in twee stukjes en maken we vast aan twee D-Cas9-eiwitten. De eiwitten gaan op zoek naar het target DNA en binden hieraan. Als dit gebeurt komen de twee stukjes luciferase-enzym samen en geven ze licht. Als het target DNA niet aanwezig is, vinden de D-Cas-9-eiwitten elkaar niet en blijft het donker.” De oplichting wordt vervolgens zichtbaar gemaakt met een digitale camera.

Amplificatie

Een specifiek stukje DNA vinden in een microliter monster is zeer specialistisch werk. “Je kunt het vergelijken met het zoeken naar één vis in het Victoriameer in Afrika”, vertelt Yosta. “PCR is zo gevoelig omdat het een minuscule hoeveelheid DNA in een monster detecteert door het te vermeerderen. De kracht van DNA is dat we het kunnen amplificeren, daarom zijn DNA-testen de huidige standaard in diagnostiek.”

Yosta legt uit dat de LUNAS-methode op zichzelf niet gevoelig genoeg is om klinisch relevante samples te detecteren, en daarom gecombineerd wordt met een amplificatietechniek. Het verschil met PCR is, dat de onderzoekers gebruik maken van een amplificatietechniek die op een enkele constante temperatuur werkt. “We hebben daarom maar twee componenten nodig, iets dat verhit en een camera die het licht kan opvangen. Dat maakt de test een stuk eenvoudiger en sneller dan een PCR-test. De combinatie van snelheid en een vereenvoudigde uitleesmethode maken dat je dit soort testen in theorie bij de huisarts kunt doen.”

“De combinatie van snelheid en een vereenvoudigde uitleesmethode maken dat je dit soort testen in theorie bij de huisarts kunt doen.”

Van theorie naar praktijk

In theorie is de LUNAS-test goed uit te voeren bij de huisarts, maar om dit in de praktijk te brengen hoopt Yosta de test te integreren in een microfluidics apparaat. “We werken nu met een grote doos met een camera erin, maar dat is natuurlijk geen opstelling waar de huisarts mee kan werken. Bovendien vereist het nu nog relatief veel laboratoriumwerk. We willen de test gebruiksvriendelijker  maken.”

Volgens Yosta duurt het zeker nog een paar jaar voordat de eerste huisartsen aan de slag kunnen met de LUNAS-test. “Of alle huisartsen over tien jaar met exact deze test werken weet ik niet, maar ik durf wel te zeggen dat testuitslagen sneller worden en de diagnostiek de komende jaren gaat veranderen.”

 Wil je meer weten? Yosta de Stigter geeft tijdens de eendaagse conferentie “Innovations in DNA & RNA Technologies” op 16 april een lezing over de LUNAS-methode en hoe het kan worden toegepast in een point-of-care omgeving. Bezoek de website voor meer informatie en meld je aan voor een gratis bezoek.