Next generation sequencing, innovatieve zoektocht naar ziekmakers

Met sequencing bepaal je de volgorde van de bouwstenen van het DNA

Sequencing is geen nieuwe techniek voor Certe en wordt al jaren gebruikt naast de kweek en de PCR om bacteriën vanuit lichaamsmateriaal te identificeren. Door een bacterie te kweken op een medium of een specifieke PCR-test uit te voeren lukt het meestal wel om te ontdekken welke bacterie een bepaalde infectie veroorzaakt. Maar niet altijd, legt Mirjam uit.

‘Sommige bacteriën willen niet goed groeien op kweekmedia. Of ze zijn al dood omdat de patiënt al behandeld wordt met antibiotica. Die bacteriën tref je dus niet meer aan in de kweek. Een nadeel van de PCR is dat deze specifiek is waardoor je alleen die bacteriën kunt aantonen waarnaar je zoekt. Je kunt bacteriën ook identificeren met behulp van sequencing van een specifiek stukje DNA dat aanwezig is in alle (dode) bacteriën. Met sequencing bepaal je de volgorde van de bouwstenen van het DNA.’

Next Generation Sequencing als de volgende stap

NGS is een volgende fase in sequencing. Nadat het DNA van de bacterie in kleine stukjes is geknipt, leest deze techniek de volgorde van de bouwstenen van miljoenen heel kleine stukjes DNA tegelijkertijd. Met behulp van software worden al die stukjes dakpansgewijs aan elkaar geplakt in de meest waarschijnlijke volgorde. Daarna kunnen analisten met behulp van grote, vrij beschikbare databases uitzoeken welke bacteriën in het lichaamsmateriaal zitten.

Next Generation Sequencing: een ontwikkeling waar je bij wilt zijn

Zes jaar geleden besloten Mirjam en haar collega Richard de Boer uit te zoeken of NGS-toepassingen van toegevoegde waarde zouden kunnen zijn voor Certe. ‘Toen we hoorden dat het UMCG zich hier ook op richtte zijn we de samenwerking aangegaan om een innovatieve kweek-onafhankelijke methode te ontwikkelen voor het aantonen van bacteriën in patiëntmateriaal. En met succes: we hebben deze toepassing in september 2020 geïmplementeerd in onze reguliere dienstverlening.’ Robin is ervan overtuigd dat NGS de toekomst heeft. ‘Sterker nog, toen ik hoorde dat Certe hier onderzoek naar ging doen, werkte ik nog in Deventer. Zodra de gelegenheid zich voordeed heb ik hier gesolliciteerd. Want dit is een ontwikkeling waar ik bij wil zijn.’

De juiste bacterie identificeren

Voor deze NGS-toepassing wordt een specifiek stukje DNA gebruikt dat alle bacteriën bij zich dragen. Door dat stukje te selecteren en vermenigvuldigen is het mogelijk om bacteriën te identificeren, ook die tot dezelfde familie behoren maar zeer op elkaar lijken. Mirjam: ‘En dat is belangrijk omdat die bacteriën soms verschillend behandeld moeten worden met antibiotica. Ook is het met de nieuwe toepassing mogelijk om meerdere soorten bacteriën tegelijkertijd aan te tonen in een materiaal.’

In de toekomst NGS gebruiken voor veel van onze analyses

Als uit de kweek en de PCR niet blijkt welke bacterie een infectie veroorzaakt, slikken patiënten nu nog vaak verschillende soorten antibiotica in de hoop dat de goede ertussen zit. Dankzij NGS is het mogelijk om veel gerichter antibiotica voor te schrijven en dat is weer goed voor de preventie van antibioticaresistentie. Toch zal Certe deze techniek voorlopig nog beperkt inzetten. Robin: ‘Het gaat om een dure techniek die we vooralsnog alleen aanbieden in de ziekenhuizen. Maar de ontwikkelingen gaan razendsnel, dus ik verwacht dat we NGS in de toekomst voor veel van onze  analyses kunnen gaan gebruiken.’

De MinION: klein en snel

Aanvankelijk maakte Certe gebruik van een extern NGS-platform: een grote machine die hoogstens één keer per week gebruikt kon worden met een looptijd van 56 uur. Robin: ‘Daardoor krijgen we vaak pas na een dag of zeven de uitslag. Daarom gaat Certe over op het gebruik van de MinION: een klein apparaatje waarmee ook sequencing verricht kan worden maar gebruik maakt van een andere techniek dan de grote machine, en veel sneller is.’ Mirjam: ‘De MinION is inmiddels gevalideerd. De mede door Certe ontwikkelde softwaretoepassing voor de data-analyse is ook goedgekeurd. We werken hierin samen met een bedrijf dat veel ervaring hierin heeft. Het handmatig verrichten van de data-analyse zou ons veel te veel tijd kosten.’

Dat Certe met deze techniek vooroploopt blijkt wel uit de vele monsters die andere labs insturen om te laten analyseren. Met de invoering van MinION en de software zijn er weer grote stappen gezet: vanaf september zullen de MinION en de software gebruikt worden in de reguliere NGS-diagnostiek van Certe.

Rond de ontwikkeling van next generation sequencing heeft Certe samengewerkt met het UMCG. Mirjam: 'We hebben dit pad voor een groot gedeelte gezamenlijk met het UMCG belopen, een intensieve en prettige samenwerking waarbij wij mooie resultaten hebben behaald'

Meer informatie over Next gen sequencing bij Certe?

Vraag het onze specialisten:

Robin Benus | Arts-microbioloog 

Mirjam Kooistra-Smid | Medisch moleculair microbioloog