20121

Mens 8& Lichaam

Nijmeegse machine s~eurt naar genetische oorzaak van

zon er

30

[('mr'

02/20121

aangeboren afwijkingen

Siebe (10) heeft een zeld· zame aangeboren afwijking. Tot nu toe Is er maar een iemand met een defect in hetzelfde gen bekend.

De oorzaak van veel aangeboren aandoeningen is niet bekend. Met een nieuwe techniek zoeken Nijmeegse wetenschappers naar genetische antwoorden. 'Na bijna tien jaar weten we eindelijk wat onze zoon mankeert.' • TEKST: TONIE MUDDEjFOTO'S: ERIK VAN 'T HULLENAAR

U

it de hoek van de kamer klinkt gelach. Siebe kijkt naar Te land, ter zee en in de lucht. Als een kan­ didaat in het water plonst, steekt hij enthousiast zijn handen in de lucht. Dat zouden meer kinderen van tien kunnen doen, alleen gaat het bij Siebe net even anders. Zijn bewegingen zijn grillig, zijn kreten moeilijk verstaanbaar. Siebe heeft een waslijst aan medische proble­ men, Als hij zijn T-shirt omhoog trekt, zie je een plastic koppelstuk in zijn buik zitten. Daardoor krijgt hij 's nachts sondevoeding. Door darmafwijkingen kan hij het eten dat hij nodig heeft namelijk maar deels zelf opeten. Ook heeft Siebe een verstandelijke beperking. Wie met hem wil communiceren, zal extra zijn best moeten doen. De map met 'pictozinnen' helpt. Dit is een soort stripboek waarmee Siebes ouders hem uitleggen wat er die week op de agenda staat. De maandag begint met een foto van zijn vader, een plaatje van twee

mensen die elkaar de hand reiken, een foto van Siebe, en een plaatje van een taxi. Ofwel: papa helpt Siebe in een taxi naar school. Als het op die dag nou opeens handiger uitkomt dat zijn moeder hem wegbrengt, dan moet eer t haar foto over die van papa worden geplakt. Anders is het te verwarrend voor Siebe.

• Probleem is onbekend Tien kilometer van Siebes huis draaien buisjes met bloed in een centrifuge. Dit is wat de genetici van het UMC St Radboud in Nij­ megen 'het natte werk' noemen. Hun laboratorium staat vol met trillende en zoemende machines die aan de lopende band DNA uit bloed isoleren. Het erfelijk mate­ riaal belandt uiteindelijk in de trots van de afdeling: de genoom­ sequencer. Dit nieuwe apparaat zoekt razendsnel naar genetische afwijkingen in het zogenoemde 'exoom'. Dit is de ongeveer één procent van ons erfelijk materiaal (ook wel 'genoom' genoemd) dat het meest bepalend is voor onze gezondheid. En dus voor aange­ boren afwijkingen. Het Radboud is een van de eerste ziekenhuizen ter wereld dat deze manier van onderzoek aanbiedt. 'In zieken­ huizen zonder sequencer duren genetische onderzo ken meestal jaren, en volgt vaak zelfs helemaal geen diagnose', vertelt geneticus Joris Veltman. Dit komt doordat huidige testen elk niet meer dan één genetische afwijking kunnen opsporen. De arts onderzoekt de patiënt en vinkt op een formulier aan van welk genetisch dd ct I' vermoedelijk sprake is. Elk vinkje is een nieuwe kostbar test. Bij iemand met het syndroom van Down is het g makkelijk: omdat je die herkent heb je maar één test nodig om uitsluits I te krijgen. Maar bij de meeste ander an­ geboren aandoeni ngen is de gene­ tische puzzel compl xer. 31

~

Mens Be Lichaam

In België woonde een jongen die een dubbelganger van Siebe had kunnen zijn ~ 'Er

zijn vele duizenden mutaties in de genen die aandoeningen als een verstandelijke beperking of erfelijke blindheid kunnen ver­ oorzaken,' zegt Marce! Nelen, net als Veltman geneticus bij het UMe St Radboud. Welk gen is dan de schuldige? Het antwoord op die vraag kan in de toekomst enorm van belang zijn voor de behande­ ling van de aandoening. En ook nu is hij al relevant, bijvoorbeeld om enigszins een inschatting te kunnen maken van hoe een kind met zo'n aandoening zich zal ont­ wikkelen. Nelen: 'Ouders vragen zich bovendien vaak af in hoe­ verre het erfel~jk is. Hoe groot is het risico dat een volgend kind dezelfde problemen heeft? Ook daarvoor moet je eerst weten bij welk gen het mis zit.'

•

• Meetlint start zoektocht Dat er iets met Siebe aan de hand was, was bij zijn geboorte in 2001 nog niet duidelijk. Oké, hij had een wat dunne bovenlip. En zijn wenkbrauwen hadden een grote kromming. Maar ach, hebben niet alle pasgeboren baby's hun eigen­ aardigheden? Wel had Siebe een lage apgarscore, de test die alle pasgeborenen ondergaan om een eerste indruk te krijgen van hun gezondheid. De arts besloot hem een nacht ter observatie te houden. Zijn ouders dachten hem de dag daarop mee naar huis te kunnen nemen. Het werden acht maanden. En dertig operaties, onder andere om stukken afgestorven darm te verwijderen. Terwijl zijn ouders op en neer reden naar het ziekenhuis, begon ook de zoektocht naar de

genetische verklaring voor Siebes problemen. De artsen pakten een meetlint om hem in detail op te meten, van de positie van zijn ogen tot aan de afstand tussen zijn tepels. Wellicht waren er ergens ter wereld andere patiënten met dezelfde subtiele uiterlijke afwij­ kingen? Door Siebes DNA met dat van hen te vergelijken, zou het defecte gen misschien eerder op­ gespoord kunnen worden. Siebes ouders, die zelf gezond zijn, werd gevraagd naar aangeboren ziektes in de familie. In Amerika woonde een autistisch nichtje, meer niet. Een klinisch geneticus bekeek haar foto. Had ze gelaatstrekken die leken op die van Siebe? Maar nee, niks.

• Arts vindt dubbelganger Zou er nog iemand op de wereld zijn met Siebes afwijking? Op in­ ternationale congressen toonden de Nijmeegse genetici af en toe Siebes foto. Ook publiceerden ze over zijn aandoening. Jarenlang leidde dit tot niets, tot in 2008 wel een veelbelovende reactie volgde. Niet van een of ander ziekenhuis aan de andere kant van de planeet, maar van een uit België. Siebes ouders reden naar Leuven, om daar in het universitair zieken­ huis met een klinisch geneticus te praten. Die liet hen ook een foto zien van een van zijn patiënten, de vijftienjarige Noë!. 'We stonden perplex', vertellen de ouders van Siebe. 'Noël was een dubbelganger van Siebe, hij was alleen ouder.' Toch betekende deze gelijkenis niet dat de genetische zoektocht nu was opgelost. Ook bij Noël was de fout in zijn DNA namelijk on­ bekend. Simpelweg het DNA van de twee jongens vergelijken was geen optie. Met de toenmalige stand van de technieken had voor de analyse van elk gen een apart onderzoek georganiseerd moeten worden. Een ondoenlijke klus.

• • •• ••• • • • • • • • • • • • ••• ••• • •• • •• • •• • • • • • •• • • • • •• • •• • •• • •• • • •• • •• • •• •• • • •• •

; Van bloed naar DNA­ code •• •• • •• •• ••

ij is sneller dan al zijn voorgangers: de genoom­ H sequencer. Binnen anderhalve week kan dit apparaat je 'exoom' in kaart brengen. Het exoom is het gedeelte van het DNA waar de meeste erfelijke aandoenin­ gen zich bevinden. Hoe haal je die informatie uit bloed?

Stap 1: Prikken

De patiënt wordt bloed afgenomen. Het DNA wordt geïsoleerd uit witte bloedcellen. In de celkern van elke cel bevinden zich opgevou­ wen DNA-strengen. Als je alle strengen uit één enkele cel achter elkaar zou leggen, dan kreeg je een draad van 2 meter lang.

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32

• Niemand is gelijk

Bovendien hadden de artsen eer nog de resultaten nodig van h, '1000 genome project' dat in 20C was begonnen. Wetenschappe brachten het DNA van meer da duizend gezonde individuen kaart, om zo inzicht te krijgen. de genetische variatie. Dit is h onmisbare vergelijkingsmateria

Verdachte genen 'Bij aangeboren afwijkingen kijken we nu gericht naar één procent van het DNA', zegt de Nijmeegse geneticus Joris Veltman. 'Daarmee vinden we bij zo'n 80 procent van de patiënten een genetische verklaring. In de nabije toekomst kunnen we het hele DNA analyseren. Maar daarvoor zal de apparatuur eerst nog sneller moeten worden. Nu zijn we namelijk weken bezig met één patiënt, zelfs al bekijken we maar een fractie van zijn DNA.'

voor de genoomsequencers die nu langzaam oprukken in de univer­ sitaire ziekenhuizen. 'DNA van gezonde mensen moet je je niet voorstellen als één vaste code, maar als een bandbreedte aan codes', zegt Veltman. De genoom­ sequencerbekijktvoorduizenden genen razendsnel of een bepaalde variatie buiten deze bandbreedte valt. 'Hebben mensen met vergelijkbare aangeboren afwijkingen een mutatie in hetzelfde

gen? En valt die mutatie ook nog eens buiten de bandbreedte van wat we normaal zien bij gezonde mensen? Dikke kans dat we de oorzaak van alle ellende dan te pakken hebben.'

• Fout wordt ontdekt Vorig jaar installeerden ze in Nij­ megen de genoomsequencer, een apparaat met een prijskaartje van vier ton. De genetische puzzel van Siebe en dubbelganger Noël werd vervolgens in een paar maanden opgelost. Beide jongens hadden precies dezelfde afwijking in het zogeheten 'PACSl-gen'. Door het

DNA van de ouders met dat van hun kinderen te vergelijken, bleek bovendien dat de afwijking bij hen niet aanwezig was. Veltman: 'Dit betekent dus dat de oorzaak een spontaan kopieerfoutje is in het DNA van de spermacellen van de vader of eicellen van de moeder. Die foutjes treden bij iedereen op, maar als je pech hebt gebeurt het bij een cruciaal gen, zoals in het geval van Siebe. De kans op nog precies zo'n kopieerfoutje bij een volgend kind is echt astronomisch klein.' Dat laatste nieuws liet de ouders van Siebe met gemengde gevoelens achter. 'Had me dat vijf

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

Stap 2:

Stap 3:

Isoleren & knippen

Kleuren

Door zouten en andere stofjes toe te voegen, klappen de witte bloedcellen open. De DNA-strengen komen hierdoor vrij. Vervolgens wordt het DNA gereinigd, gekopieerd en in kleine stukjes opgeknipt. Een hele DNA-streng heeft 3 miljard bouwsteentjes, zo'n afgeknipt stukje slechts 200. Dat maakt de vervolgstappen een stuk behapbaarder.

Computertaal bestaat uit 2 varianten: een '1' of een '0'. De 'software' van ons lichaam, DNA, telt 4 varianten. Een DNA-streng is opgebouwd uit een lange reeks van deze bouw­ stenen: adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G). Door in een chemisch proces aan elk van de bouwstenen een kleur vast te maken, worden die herkenbaar gemaakt.

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• [('mi 02/20121

33

Mens Be Lichaam

'Een ko~ieer­ fout-e in het PACS1-gen. Vaag, maar het is toch iets van een verklaring' ~

jaar geleden verteld', vertelt zijn moeder. 'Ik had nog wel een kind gewild. Maar inmiddels ben ik 38, een leeftijd waarop een zwanger­ schap om andere redenen niet zonder risico's is.'

Het hart van de genoomsequencer. In de 2 chips rechts vinden de miljoenen sequentiereacties plaats. De chips schuiven naar achte­ ren, naar de camera die de sequentiereacties gedurende 7 tot 10 dagen vastlegt.

• Onzekerheid blijft Toch zijn de ouders van Siebe blij dat ze aan het onderzoek hebben meegewerkt. 'Na tien jaar weten we eindelijk wat hem mankeert', zegt zijn moeder. 'Een kopieer­ foutje in PACSl. Hoe vaag dat ook klinkt. het is toch iets van een verklaring.' Toch zijn er nog veel onzekerheden. Uiterlijk lijkt Siebe weliswaar als twee druppels water op zijn dubbelganger Noël, van binnen zijn er grote verschillen. Siebe krijgt 's nachts sondevoeding via het kraantje in zijn buik. Noël heeft nooit zulke ernstige darm­ problemen gehad. De Nijmeegse onderzoekers gaan onderzoeken wat hier de genetische verklaring voor kan zijn. Een enorme klus, want hoeveel Noël en Siebe een genetisch foutje delen, hebben ze ook vele miljoenen verschillen in hun DNA. Ook hun verdere gees­ telijke ontwikkeling hoeft niet per se identiek te verlopen. Want niet-

genetische factoren zoals scholing en opvoeding spelen hierbij ook een rol. Artsen en onderzoekers weten steeds meer, maar als het op gezondheid en ontwikkeling aankomt, zal er altijd onzekerheid blijven. 'Daarom verwachten we niet veel en genieten we van el ke kleine overwinning', zegt Siebes vader. 'Er zijn vroeger therapeuten geweest die ons hebben voorspeld dat Siebe nooit zou kunnen lopen. • Nou, hij loopt.'

[email protected]


MOill~l:itJiMMil

www.erfelijkheid.nl: alles over DNA en erfelijke ziektes. www.1000genomes.org: de site van het '1000 genome project'.

·································St~p· 4;··············································si~·p ·5·:·····.~

Scannen

Vergelijken

Nu is de genoomsequencer aan de beurt. Dit apparaat spot de kleurstofjes die aan de A'tjes, T'tjes, C'tjes en G'tjes van een afgeknipt stukje DNA vastzitten. Dit levert een 'foto' vol groene, rode, gele en blauwe stipjes op. De sequencer rekent die wolk van stipjes om naar een DNA-code met A'tjes, T'tjes, C'tjes en G'tjes. De sequencer moet alle afgeknipte stukjes een voor een fotograferen. Pas dan is de hele DNA-code van de patiënt bekend. Het apparaat heeft hier ongeveer 10 dagen voor nodig.

Tenslotte vergelijken computers de DNAcode van de patiënt met het DNA van honderden gezonde proefpersonen. Op die manier komen wetenschappers verdachte afwijk­ ingen in het DNA (genmutaties) op het spoor.

•~ : : • ;