Med hjälp av nanoteknik är det nu möjligt att identifiera bakterier genom en unik streckkod som skapas av bakteriens egna DNA. Metoden kräver ingen odling och ska kunna ge svar inom några timmar – något som kan vara avgörande vid akuta sjukdomstillstånd.

Metoden gör det möjligt att analysera genomet (arvsmassan) från en enda bakterie och i dess fulla längd. Bakteriens DNA ligger normalt hoptvinnat som ett nystan men genom att trycka in DNA-tråden i ett nanorör som inte är tjockare än att DNA-strängen precis får plats sträcks DNA-strängen ut till ett långt snöre, eller ett måttband redo att läsas.

Den genetiska koden består av fyra ”bokstäver” eller så kallade kvävebaser, A, C, G och T. DNA är dubbelsträngat, dvs. består av två strängar som hålls ihop av kvävebaserna. A parar alltid ihop med T, G alltid ihop med C. Om man värmer en DNA-sträng så separerar strängarna från varandra men eftersom AT-bindningen är något svagare än GC-bindningen separerar AT-rika regioner först. Och det är just detta som forskarna utnyttjar. Genom att välja en temperatur där AT-bindningen har släppt men inte GC-bindningen får man regioner med enkelsträngat respektive dubbelsträngat DNA. De enkelsträngade AT-regionerna ses som mörka områden, de dubbelsträngade GC-regionerna som ljusa och det är detta som ger upphov till en för bakterien unik streckkod som sedan kan jämföras mot en databas.

– Metoden kan i första hand bli intressant för sjukvården i akuta lägen. Den gör det möjligt att snabbt, inom några timmar, kunna identifiera bakterier och sätta in rätt behandling. Den vanligaste metoden idag är att odla bakterierna men det kan ta allt från några dagar till veckor innan man får ett svar. Och vissa bakterier går inte att odla överhuvudtaget, säger Jonas Tegenfeldt, professor i nanofysik vid Lunds universitet.

När snabba svar behövs

Streckkoden ger inte samma upplösning som en traditionell DNA-sekvensering då man får reda på den exakta genetiska koden, dvs. ner på enskild bokstavsnivå (ACGT). Idag motsvarar varje mörkt eller ljust band upp till 1000 baspar (”bokstäver”) men forskarna jobbar på att få ner upplösningen till 100 baspar. Behöver man inte större upplösning än så?

– Det beror på vad det är man behöver veta och hur snabbt. Man behöver inte ta reda på mer än vad som krävs för den aktuella frågeställningen, i det här fallet vilken bakteriestam man har att göra med, säger Jonas Tegenfeldt och fortsätter:

– Det är som att läsa en bok. Om någon frågar dig vad den handlar om så är de intresserade av själva berättelsen, inte vartenda ord i boken.

Analys av cancertumörer

En annan intressant tillämpning som dock ligger lite längre fram i tiden är att studera så kallade strukturella variationer i mänskliga kromosomer. Kromosomer kan råka ut för olika typer av förändringar, exempelvis deletioner då bitar av DNA:t försvinner, translokationer då DNA-sekvenser byter plats, duplikationer, dvs. flera kopior av en och samma sekvens osv. Detta är något som ofta händer i cancertumörers DNA och används för att typbestämma tumörerna.

– Vår metod är extra intressant för att snabbt kunna visa på framför allt translokationer och duplikationer, eftersom det är en fördel att kunna se hela genomet i sin helhet. Än så länge finns det dock en begränsning i vår metod. Den klarar inte av att analysera så långa DNA-strängar som finns i mänskliga kromosomer, de är betydligt längre än bakteriernas genom. Så där har vi en hel del jobb kvar.

App i telefonen kan avslöja parasit

Ytterligare en diagnostisk metod som Jonas Tegenfeldt varit med om att utveckla, bygger på en snillrik sorteringsmetod. Syftet är att på ett enkelt och billigt sätt, utan avancerad utrustning, kunna spåra tropiska sjukdomar genom enkel provtagning i fält. Kortfattat går den till så här: man lägger en droppe blod på ett mikrochip som är utformat på ett sätt som gör att parasiterna samlas ihop på ett enda ställe där de blir enklare att upptäcka. Med hjälp av en mikroskop-app i telefonen skulle sjukvårdaren sedan kunna skicka mikroskopibilder av parasiten för analys. Forskarna hoppas på att kunna börja testa metoden i fält, i Ghana och Tanzania, under 2016. (Läs hela artikeln)

Metoden för analys av parasiter är visserligen i mikro- och inte nanoskala men Jonas Tegenfeldt hoppas på att någon gång kunna koppla samman metoderna för sortering i mikrochip och DNA-analys av intakta genom i nanorör.

– Då skulle man i princip kunna stoppa in ett blodprov i ena änden och få ut streckkoder på de ingående organismerna i andra änden.

Text: EVA BARTONEK ROXÅ

Foto: ROGER LUNDHOLM