‘Ik wil kankerbehandeling op maat maken’

Interview met genetica professor Edwin Cuppen over het belang van bioinformatica
In 2020 is het 50 jaar geleden dat twee Nederlandse onderzoekers de term bioinformatica in het leven riepen en daarmee (onbedoeld) een compleet nieuw onderzoeksveld startten. Wat is bioinformatica nu precies, en waarom is het zo belangrijk? NEMO Kennislink spreekt met drie verschillende onderzoekers over dit vakgebied. Dit keer met Edwin Cuppen, professor Humane Genetica aan de Universiteit Utrecht.

We begrijpen nu veel meer van ons DNA en hoe dat vertaald wordt naar eigenschappen zoals oogkleur of gevoeligheid voor ziekte dan vijftig jaar geleden. Toen werd de bioinformatica geboren, een onderzoeksrichting die inmiddels is uitgegroeid tot een enorm veld. Computerprogramma’s helpen ons sindsdien op allerlei manieren om meer te begrijpen van de natuur. In een serie lichten we drie wetenschappers uit die in dit gebied bezig zijn. Deze keer zien we hoe bioinformatica ingezet kan worden in de kliniek. Edwin Cuppen, professor Humane Genetica aan de Universiteit Utrecht, probeert de behandeling van kankerpatiënten te verbeteren.

In een driedelige serie spreken we met verschillende wetenschappers over het belang van bioinformatica voor hun veld. Deze keer Edwin Cuppen, professor Humane Genetica aan de Universiteit Utrecht.
Hartwig Medical Foundation

Hoe bent u in aanraking gekomen met bioinformatica?

“Dat is geleidelijk gegaan. Ik heb altijd gewerkt als moleculair bioloog en ben vanuit de celbiologie in het veld van de genetica terecht gekomen. Ik onderzocht in die tijd het wormpje Caenorhabditis Elegans; dit was het eerste meercellige organisme waarvan de complete genetische code (het genoom) bepaald was. Die code is erg lang en bevat veel informatie, dus waren er computers nodig om te begrijpen wat die betekent. Daar is de bioinformatica begonnen. We kregen technieken die steeds meer data genereerden om de biologie te bestuderen, zoals methoden om DNA volgordes te bepalen en dan kan je niet om de bioinformatica heen. De biologische vraagstellingen die ik had en de technieken waarmee ik werkte maakten informatica een belangrijk onderdeel van mijn laboratorium.”

Bioinformatica door de jaren heen

Paulien Hogeweg en Ben Hesper bedachten in 1970 de term bioinformatica voor het soort onderzoek dat zij wilden doen. De twee Nederlandse onderzoekers bedoelden hiermee: het bestuderen van informatieverwerking in levende systemen. Ons genetisch materiaal bijvoorbeeld is opgeslagen in de vorm van een code (DNA) die vertaald moet worden naar processen in ons lichaam; hier is overdracht van informatie voor nodig. De bioinformatica zou zich richten op het begrijpen van deze vertaalslag.

De bioinformatica kreeg echter een andere betekenis in de jaren tachtig en negentig. Vanaf toen konden onderzoekers de complete genetische code (het genoom) van organismen bepalen (sequencen). Het probleem was alleen: wat betekent deze code, en hoe komen we daar achter? Onderzoekers moesten computerprogramma’s inzetten om dichterbij het antwoord te komen. Dit leverde veel sequencing-gegevens: informatie over het genoom van organismen en de vertalingen daarvan. Hiermee was ook een nieuwe definitie van bioinformatica geboren, namelijk het analyseren van dit soort grootschalige sequencing-gegevens. Inmiddels is de bioinformatica een groot en interdisciplinair veld dat draait om het begrijpen van biologische data in het algemeen.

Op welke manier gebruikt u nu bioinformatica in uw onderzoek?

“Wij onderzoeken of we de diagnose van patiënten met aangeboren afwijkingen beter kunnen stellen met behulp van het bepalen van de volledige DNA-volgorde van het genoom van een organisme. Er kan op zoveel plekken in het DNA van dergelijke patiënten iets mis zijn, dat het onbegonnen werk is om gericht een voor een alle al bekende plekjes te bekijken. Dat hoeft ook niet meer, want de huidige technologie laat het nu toe om het hele genoom te analyseren, dus laten we dat dan in de praktijk ook doen. Dat proces bevat echter wel een heleboel stappen en daar komt veel bioinformatica bij kijken om alles voldoende te begrijpen en om tot betrouwbare diagnoses te komen voor patiënten.”

“Daarnaast ben ik wetenschappelijk directeur van de Hartwig Medical Foundation, een spin-off van het werk dat we hier doen. Daar proberen we de behandeling van kankerpatiënten beter te maken op basis van genetische informatie van de tumor. We willen weten welke veranderingen specifiek zijn voor de tumor.”

Uitgelicht door de redactie

Biotechnologie
‘Ik weet zeker dat het nog veel sneller kan’

Geneeskunde
Migraine is meer dan alleen hoofdpijn

Biologie
Oud vaccin tegen COVID-19

Hoe werkt dat in de praktijk?

“Verzorgers in het ziekenhuis nemen een stukje tumorweefsel en wat bloed af van de patiënt en sturen dit op naar de Hartwig Medical Foundation. Daar wordt het DNA uit deze monsters geïsoleerd en afgelezen. Het DNA van de tumor wordt vergeleken met dat van het bloed, dat in principe gezond is en als controle dient. De computer identificeert vervolgens veranderingen in het DNA: er kunnen bijvoorbeeld letters veranderd zijn, stukken DNA op de verkeerde plek zitten of zelfs helemaal verdwenen zijn. Dit soort veranderingen zijn aangrijpingspunten voor medicijnen. De informatie die relevant is voor de behandelkeuze, wordt uit de grote brei aan informatie getrokken. Uiteindelijk resulteert dit in een overzichtelijk patiëntrapport met mogelijke behandelopties. De arts kan dit rapport gebruiken in zijn behandelbesluit. Er worden nu al patiënten behandeld op deze manier van analyseren.”

“We proberen de bioinformatica steeds dichter bij de diagnostiek te brengen. Waar de DNA-test eerst nog vijf dagen duurde en honderden euro’s kostte, kan het nu voor een paar tientjes in één dag. Dat komt door optimalisatie van de bioinformatica achter het proces; we doen inhoudelijk niks anders. Bovendien worden resultaten uit het onderzoek vrijwel direct toegepast in de kliniek. Wanneer er nieuwe kennis bijkomt over tumorbiologie of medicijnen, wordt dit bij wijze van spreken met één druk op de knop door een verandering van de bioinformatische code toegevoegd aan de testresultaten en het rapport.”

Een stuk van de bioinformatische code die gebruikt wordt om het DNA van tumoren te interpreteren.
Joep de Ligt, Hartwig Medical Foundation

Maar als er steeds nieuwe kennis bijkomt, wordt dat rapport dan niet veel langer op den duur?

“Ja, maar dat zie ik als een goede ontwikkeling. Nu zitten de artsen vaak met de handen in het haar omdat ze geen opties hebben. Voor één derde van de patiënten staat er ook helemaal niks in het rapport over mogelijke behandelingen. We begrijpen dan grotendeels wel waarom die mensen kanker hebben, maar kunnen daar nog niks tegen doen. Hopelijk wordt de lijst met behandelopties dus langer, en dan kan de arts bepalen wat de eerste stap moet zijn. Die heeft namelijk kennis van zowel de individuele patiënt als de medicijnen en de bijwerkingen daarvan, en bepaalt op basis daarvan de voorkeur voor de behandeling van hun specifieke patiënt. Dat soort keuzes kan de computer niet maken.”

Wat voor ontwikkelingen binnen de bioinformatica zijn er gaande die belangrijk zijn voor de humane genetica?

“Waarin we nog tekort schieten is niet wat de computer kan, maar onze kennis. Wat betekenen al deze data? Om hier een oplossing voor te vinden, programmeren onderzoekers wat en dat noemen ze een code. Maar meestal is die code zo geschreven dat die niet te gebruiken is voor andere vraagstellingen. Bovendien is de code vaak onleesbaar voor andere onderzoekers. Het wiel wordt dus continu opnieuw uitgevonden, en het is lastig te reproduceren wat iemand anders heeft gedaan. Dat is een doodzonde in de wetenschap, maar ook geen goede basis om nieuwe ontwikkelingen naar de kliniek te brengen.”

Hoe kan dat beter?

“Het is belangrijk dat we goede principes definiëren in de bioinformatica: hoe hoort een code eruit te zien en welke standaarden gebruiken we om data vast te leggen. Daar is steeds meer aandacht voor gelukkig. In ons domein hebben we bijvoorbeeld de Global Alliance for Genomics and Health, die houdt zich wereldwijd bezig met dit soort afspraken. Er liggen nog veel kansen om dingen beter en op uniforme wijze te doen in de bioinformatica.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij de thema's Ziekten genezen en Ziekten voorkomen op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden