Puzzelen aan de pieper
- Christian Bachem, universitair docent aan Wageningen Universiteit en Researchcentrum.
Net als inmiddels is gelukt voor de mens, verschillende dieren en veel micro-organismen gebeurd is, wordt nu ook van de aardappel het hele genoom in kaart gebracht. Dat gebeurt in een groot internationaal samenwerkingsverband van verschillende landen, het Potato Genome Sequencing Consortium (PGSC). Nederland is de initiatiefnemer en coördinator van PGSC. De dagelijkse coördinatie van het omvangrijke project is in handen van Christian Bachem, universitair docent aan Wageningen Universiteit en Researchcentrum.
Waar begin je als je een genoom, in dit geval van de aardappel, wilt sequencen?
We beginnen gelukkig niet vanaf nul, er is al heel veel voorwerk gedaan. Het sequencen (DNA-volgorde vaststellen) van het aardappelgenoom is geen op zichzelf staand project, maar een logisch gevolg van het genetisch onderzoek dat de afgelopen jaren is verricht. Zo is er al een genetische kaart. Hierop zijn alle twaalf chromosomen van de aardappel gemarkeerd door moleculaire merkers. Dit zijn stukjes DNA die specifiek zijn voor een bepaald gebied op een bepaald chromosoom. De merkers fungeren als het ware als vlaggetjes. Van die vlaggetjes hebben we inmiddels ongeveer 10.000 stuks. Als je dus een stukje aardappel DNA hebt waarop zit zo’n vlaggetje bevindt, weet je op welke chromosoom dit stukje hoort en ook ruwweg het gebied op dat chromosoom waar je verder moet zoeken.
En dat is genoeg om alle genen te bepalen?
Nee, het is het begin. Naast de genetische kaart hebben we ook een zogeheten BAC-kaart. Om meer detailinformatie te krijgen uit de genetische kaart knip je een gebied dat gemarkeerd wordt door een vlaggetje redelijk ruim uit het genoom. Vervolgens knip je dit weer in kleinere stukken van ongeveer 100.000 baseparen en daarmee heb je grofweg 20-50 genen te pakken. Omdat je weet op welke locatie het vlaggetje zit kun je die losse stukken DNA in de juiste volgorde leggen. Je vindt bijvoorbeeld een stuk waar het vlaggetje halverwege zit. In een ander stuk zit het vlaggetje bijna helemaal vooraan en de rest overlapt voor een deel met het eerste stuk. Dan weet je hoe deze twee stukken aan elkaar plakken. Zo ga je stap voor stap te werk om zoveel mogelijk stukken DNA op volgorde te leggen en krijg je een iets verfijndere kaart van het genoom. Je weet dan al iets preciezer waar een genetische eigenschap ligt op het genoom, maar om te weten welke genen verantwoordelijk zijn voor die eigenschap, moet je weer een stap verder gaan, namelijk alle genen ontrafelen. Voor de aardappel zijn dat er ongeveer 50.000, meer dan de mens!
Hoe gaat het sequencen in de praktijk? Er zijn verschillende landen bij betrokken, hoe weet je wie wat aan het doen is?
We hebben het per chromosoom verdeeld, dus het hele werk is in twaalf delen opgesplitst. Het is daarmee heel duidelijk welk land voor welk deel van het genoom verantwoordelijk is. Bovendien is het een aantrekkelijke manier om geldschieters te overtuigen, die kunnen dan heel duidelijk zien waar ze voor betalen. Nederland en China doen elk twee chromosomen, de meeste landen doen een chromosoom en in sommige gevallen werken twee of drie landen samen aan een chromosoom. In totaal hebben we op dit moment 13 landen die deelnemen en daar komen misschien nog landen bij.
Is het niet onhandig om met zoveel landen te werken?
Het zijn inderdaad veel landen, maar een groot project als dit kost ook veel geld. Het totale budget is 80 miljoen euro. Dan is het prettig om de kosten te verdelen over meerdere partijen. Er zit ook nog een ander voordeel aan, door internationaal samen te werken krijgen we een wereldwijde plant genomics community. Dat is goed voor al het plantenonderzoek. Mensen leren elkaar kennen, werken samen en dat is belangrijk voor genomics onderzoek omdat het zo grootschalig en intensief is. En er zitten ook landen bij die op technologisch gebied nog niet zover ontwikkeld zijn, bijvoorbeeld Peru. Door deel te nemen aan dit project kunnen zij profiteren van de nieuwste ontwikkelingen op genomics-gebied en dat is een goede stimulans voor wetenschap en technologie ontwikkeling in die landen.
Volgens de planning van PGSC moet het werk in 2010 klaar zijn. Waarom duurt het zo lang? Er zijn nu toch giga-sequencers beschikbaar?
Die grote sequencers zijn nog maar net op de markt en bovendien is het sequencen niet het probleem. Dat is tegenwoordig zo gebeurd. Het echte en meest tijdrovende werk zit in het puzzelen aan al die losse stukjes. Wat hoort waar? Dat is waar het echt om draait, zorgen dat je die hele brij aan gegevens omzet in een kloppende overzichtelijke kaart waarop je alle genen kunt vinden.
Maar dan zijn we ook helemaal klaar, dan weten we alles van de aardappel.
Nee, eigenlijk staan we dan nog steeds aan het begin. De functionele analyse van het genoom, dat wil zeggen het onderzoek naar de functie van al die genen, zal nog vele jaren in beslag nemen. Gedurende het project zullen we van 1-2% van de genen de functie achterhalen. Als het sequencen klaar is volgt waarschijnlijk nog 5-10% van de functies in de vijf jaar daarna. De rest? Het zal al met al heel lang duren voordat je van 20% van de genen precies weet waar ze voor dienen. Gist is een veel simpeler organisme met veel minder genen en ook daarvan is nog maar van de helft van de genen bekend wat hun functie is.
Eigenlijk weten we dus over heel veel jaren nog steeds heel weinig, waarom heeft Nederland dan het initiatief genomen voor PGSC? Wat is het nut?
Nederland is de grootste producent van aardappelzaad en pootgoed ter wereld. Voor de Nederlandse economie is de aardappel van groot belang. Meer inzicht in het genoom van de aardappel gaat het onderzoek een enorme stimulans geven. Want ook al weten we maar van een klein deel van de genen wat hun functie is, we concentreren ons natuurlijk eerst op de eigenschappen die voor de landbouw en de verwerkende industrie belangrijk zijn. En daarvoor gaat het werk van PGSC heel veel belangrijke informatie opleveren.
