Hoe maak je DNA op een directe manier zichtbaar?
Mede dankzij tv-series als CSI heeft het grote publiek kennisgemaakt met DNA en DNA-analysetechnieken. Vaak zie je dan een DNA-monster als kenmerkende bandjesladder of als gekleurde pieken - de DNA-sequentie. Het visualiseren van DNA als molecuul blijkt een vak apart. Afgelopen week was in diverse media te lezen dat het een Italiaanse onderzoeksgroep gelukt is om voor het eerst de strengen DNA in beeld te brengen. Hoe bijzonder is het om ons erfelijk materiaal op deze manier zichtbaar te maken?
“Het betreffende artikel in Nano Letters bevat prachtige plaatjes, zonder twijfel, maar het eerste wat ik dacht toen ik het onder ogen kreeg: dit heb ik eerder gezien”, zegt dr. Nico Sommerdijk, universitair hoofddocent Materials and Interface Chemistry aan de faculteit Scheikundige Technologie en betrokken bij de oprichting van de TU/e Soft Matter CryoTEM Research Unit.
“En inderdaad, het direct zichtbaar maken van DNA is niet nieuw. Al in 1995 werd de dubbele helix in een waterige omgeving met behulp van Atomic Force Microscopy (AFM) getoond. Daarbij scant een heel gevoelig naaldje het oppervlak en kan een zeer hoge resolutie van de nanometers gehaald worden. Een DNA-molecuul, gemiddeld zo’n 3 nm, is met de AFM goed te zien. En ook deze zomer stond er in hetzelfde tijdschrift nog een artikel over het zichtbaar maken van DNA met de AFM-techniek. De claim in de media dat DNA nog nooit direct in beeld is gebracht, is dus zeker niet terecht.”
“Wat wel nieuw is, is dat het zichtbaar wordt gemaakt zonder achtergrond en dus met minder ruis. Door bundels van DNA-helices over twee ‘paaltjes’ te spannen en deze te laten drogen, ontstaat er tussen de paaltjes een waslijntje, een zwevende bundel DNA-strengen. En deze kan in een elektronenmicroscoop heel mooi afgebeeld worden. De berekeningen die ze aan de bundels doen, vertrouw ik minder; wie zegt dat er door het droogproces geen spanningen ontstaan die de onderlinge afstanden beïnvloeden?”
“Omdat DNA zo klein is, heb je technieken nodig waarmee een hoge resolutie gehaald kan worden, zoals elektronenmicroscopie (EM). Tegelijkertijd wil je het liefst het DNA-molecuul in de natuurlijk -waterige- omgeving onderzoeken en is DNA ook nog eens heel kwetsbaar. Dat maakt het er allemaal niet makkelijker op. Hoge resolutie EM-methodes uit het materiaalonderzoek zijn voor DNA ongeschikt, het DNA wordt letterlijk weggebrand door de sterke elektronenbundel. Maar de EM-methodes vanuit de biologie zijn weer te beperkt om DNA goed zichtbaar te maken. De laatste jaren komen methodes uit deze twee richtingen steeds meer samen -één van de krachten van onze eigen CryoTEM Unit- en dat biedt nieuwe mogelijkheden. Zo zijn we druk bezig vloeistof-cell-TEM te ontwikkelen, waarbij moleculen en nanodeeltjes in een klein vloeistofcelletje op hoge resolutie bekeken kunnen worden."
"Voor het DNA betekent dat dat men in de nabije toekomst de replicatiemechanismes met grote precisie kan bestuderen en ook kan zien waar het eventueel in de erfelijke code fout gaat. De droom is hier dat men de genetische lettertjes individueel kan zien. Je moet in eerste instantie wel denken aan fundamenteel onderzoek, hoewel het sequencen van DNA in principe ook mogelijk zou zijn. Maar zoals je bij CSI wel ziet, daar zijn veel snellere en eenvoudigere methodes voor.”
Discussie