DNA-SEQUENTIEPIONIERS WINNEN DE MILLENNIUM TECHNOLOGY PRIZE

  • Het Britse duo professor Shankar Balasubramanian en professor David Klenerman hebben de Millennium Technology Prize gewonnen voor hun ontwikkeling van revolutionaire DNA-sequentietechnieken.
  • Met de Next Generation Sequencing (NGS)-technologie kan DNA nu supersnel worden gelezen.
  • Dit betekent enorme voordelen voor de maatschappij, van de strijd tegen dodelijke ziektes als COVID-19 of kanker, tot een beter begrip van gewasziektes en de verbetering van voedselproductie.
  • Sauli Niinistö, president van de Republiek Finland en beschermheer van de prijs, heeft de prijs uitgereikt tijdens een virtuele ceremonie op 18 mei 2021.

Vandaag werd bekendgemaakt dat Shankar Balasubramanian en David Klenerman, scheikundigen aan de universiteit van Cambridge, de winnaars zijn van de Millennium Technology Prize 2020, een van de meest prestigieuze wetenschaps- en technologieprijzen ter wereld die wordt toegekend door de Technology Academy Finland (TAF). 

De mondiale prijs wordt sinds 2004 elke twee jaar uitgereikt om de omvangrijke impact van wetenschap en innovatie op het welzijn van de maatschappij te benadrukken en heeft een waarde van € 1 miljoen.  De bekendmaking van vandaag van de prijs voor 2020 was vertraagd door de COVID-19-pandemie.

Professors Balasubramanian en Klenerman vonden samen de Solexa-Illumina NGS-technologie (Next Generation DNA Sequencing) uit, die onze basiskennis van het leven heeft verbeterd door bio-science om te zetten in “big science” en waarmee snelle, nauwkeurige en goedkope genoomsequencing op grote schaal mogelijk is - het proces waarmee de complete DNA-sequentie waaruit een organisme bestaat, wordt vastgesteld.  Daarna richtten zij het bedrijf Solexa op om de technologie breder beschikbaar te stellen aan de wereld.

De technologie had - en heeft dat nog steeds - een enorme transformerende impact op het gebied van genomica, geneeskunde en biologie.  Om een maat aan te geven van de omvang van de verandering: vergeleken met de eerste sequentie van het menselijk genoom heeft de technologie het sequencen een miljoen keer sneller en goedkoper gemaakt.  In het jaar 2000 duurde het sequencen van het menselijk genoom meer dan 10 jaar en waren de kosten meer dan een miljard dollar.  Dankzij de gezamenlijk uitgevonden technologie van de professors Balasubramanian en Klenerman duurt het sequencen van het menselijk genoom tegenwoordig één dag en kost het $ 1.000, en worden elk jaar meer dan 1 miljoen menselijke genomen op schaal in kaart gebracht.  Dit betekent dat we ziektes beter en sneller kunnen begrijpen.

Zo werkt het

Bij de NGS-methode worden DNA-monsters gefragmenteerd in vele kleine deeltjes die geïmmobiliseerd worden op het oppervlak van een chip en lokaal worden uitvergroot.  Elk fragment wordt vervolgens base voor base gedecodeerd op de chip met behulp van fluorescent gekleurde nucleotiden die worden toegevoegd door een enzym. Door de kleurgecodeerde nucleotiden te bekijken die op elke positie op de chip met een fluorescente detector zijn opgenomen - en door deze cyclus honderden keren te herhalen - kan de DNA-sequentie van elk fragment bepaald worden.

De verzamelde gegevens worden vervolgens geanalyseerd met behulp van geavanceerde computersoftware om de volledige DNA-sequentie uit de sequentie van al deze fragmenten op te bouwen. De capaciteit van de NGS-methode om miljarden fragmenten tegelijkertijd te sequencen maakt deze techniek snel, nauwkeurig en zeer goedkoop. De uitvinding van NGS was een geheel revolutionaire en nieuwe benadering van het begrijpen van de genetische code in alle levende organismen.

Ondersteuning van de mondiale strijd tegen COVID-19

Next Generation Sequencing biedt een effectieve manier om nieuwe stammen van het coronavirus en andere pathogenen te bestuderen en te identificeren. Sinds de uitbraak van de pandemie wordt de technologie nu gebruikt om de nieuwe virale mutaties van het coronavirus, een groeiende wereldwijde zorg, op te sporen en te onderzoeken. Dit werk heeft geholpen bij de ontwikkeling van meerdere vaccinaties die nu wereldwijd worden toegediend en is van essentieel belang voor de ontwikkeling van nieuwe vaccinaties tegen nieuwe gevaarlijke virale stammen. De resultaten zullen ook worden gebruikt om toekomstige pandemieën te voorkomen.

Met de technologie kunnen wetenschappers en onderzoekers ook de onderliggende factoren bij individuen identificeren die bijdragen aan hun immuunrespons op COVID-19. Deze informatie is van essentieel belang om de reden te achterhalen waarom sommige mensen sterker op het virus reageren dan anderen. De resultaten van deze onderzoeken zijn van grote waarde om te begrijpen hoe de kans kan worden verkleind dat mensen ernstige inflammatoire reacties ontwikkelen, die nu verantwoordelijk worden gehouden voor een aantal symptomen van COVID-19.

Impact op de bredere gezondheidszorg en diagnostiek

De NGS-technologie heeft een revolutionaire invloed gehad op het wereldwijde biologische en biomedische onderzoek en heeft de ontwikkeling van een breed scala aan gerelateerde technologieën, toepassingen en innovaties mogelijk gemaakt. Vanwege zijn efficiëntie wordt NGS nu op grote schaal toegepast in de gezondheidszorg en diagnostiek, bijvoorbeeld bij kanker, zeldzame ziektes, infectiegeneeskunde en niet-invasieve prenatale testen op basis van sequencing.

De technologie wordt steeds vaker gebruikt om de genetische risicogenen te definiëren bij patiënten met een zeldzame ziekte en wordt nu ook toegepast om nieuwe doelwitten voor medicijnen te bepalen bij nieuwe therapieën voor meer voorkomende ziektes in bepaalde patiëntengroepen. NGS heeft ook bijgedragen aan de creatie van nieuwe en krachtige biologische therapieën, zoals antilichaam- en gentherapieën.

Op het gebied van kanker is NGS de standaard analysemethode geworden voor de bepaling van gepersonaliseerde therapeutische behandelingen. De technologie heeft ons begrip van de genetische basis van vele kankervariaties aanzienlijk en fundamenteel verbeterd en wordt nu vaak gebruikt voor klinische testen voor vroege ontdekking en voor diagnostiek van tumors en bloedmonsters van patiënten. 

Impact op biologie

Naast de medische toepassingen heeft NGS ook een grote impact gehad op de biologie als geheel, omdat met de technologie duizenden organismen in bijna alle soorten monsters geïdentificeerd kunnen worden. Dit is nu zeer belangrijk voor onderzoeken op het gebied van landbouw, ecologie en biodiversiteit.

Päivi Törmä, academisch professor en voorzitter van het Selectiecomité van de Millennium Technology Prize, zegt:

“Het toekomstige potentieel van NGS is enorm en de toepassing van de technologie staat nog in de kinderschoenen. De technologie zal een cruciaal element zijn om duurzame ontwikkeling via het personaliseren van medicijnen te bevorderen, om dodelijke ziektes te begrijpen en ertegen te strijden en daarmee om de levenskwaliteit te verbeteren. Professor Balasubramanian en professor Klenerman zijn de terechte winnaars van de prijs.”

Dit is de eerste keer dat de prijs is uitgereikt aan meer dan één winnaar voor dezelfde uitvinding, wat het belang van samenwerking viert.

Professor Marja Makarow, voorzitter van de Technology Academy Finland zegt:

“Samenwerking is een essentieel onderdeel om positieve verandering voor de toekomst te garanderen. Next Generation Sequencing is het perfecte voorbeeld van wat bereikt kan worden door teamwerk van individuen met verschillende wetenschappelijke achtergronden die samenkomen om een probleem op te lossen.”

“De technologie waarvan professor Balasubramanian en professor Klenerman pioniers zijn, heeft ook een belangrijke rol gespeeld bij het ontdekken van de sequentie van het coronavirus, wat weer de ontwikkeling van de vaccinaties mogelijk maakte - op zichzelf al een triomf voor grensoverschrijdende samenwerking - en hielp bij het identificeren van nieuwe varianten van COVID-19.”

In een gezamenlijke verklaring zeggen professor Shankar Balasubramanian en professor David Klenerman:

“Wij zijn erg blij en vereerd de tiende winnaars van de Millennium Technology Prize te zijn.  Dit is de eerste keer dat we een internationale prijs hebben ontvangen die onze bijdrage aan de ontwikkeling van de technologie erkent - maar dit is niet alleen voor ons, het is voor het hele team dat een belangrijke rol in de ontwikkeling van de technologie heeft gespeeld en voor iedereen die ons heeft geïnspireerd op deze reis.”

Van de negen voorgaande winnaars van de Millennium Technology Prize hebben drie daaropvolgend een Nobelprijs gewonnen.

Morgen (19 mei 2021) geven professors Balasubramanian en Klenerman de Millennium Technology Prize-lezing en spreken zij over hun uitvinding, om 16:30 uur (EET) in het Millennium Innovation Forum. De lezing kan hier worden bekeken.

 

Opmerkingen voor de redactie:

  1. Tijdlijn van de ontwikkeling van Next Generation Sequencing:

1994: Professors Shankar Balasubramanian en Klenerman starten hun samenwerking om een nieuwe methode voor DNA-sequentie te bedenken.  Hun methode is gebaseerd op de parallelle sequentie van grote aantallen DNA-moleculen op een oppervlak om een zeer geminiaturiseerde en snelle DNA-sequencer te maken.

1997: Vroege berekeningen suggereren dat de aanpak schaalbaar zou zijn, zodat binnen een paar dagen miljarden DNA-bases met één instrument kunnen worden gesequenced, waardoor snelle sequentie van een menselijk genoom mogelijk wordt gemaakt.

1998: Om de uitvinding commercieel te maken, vragen professors Klenerman en Balasubramanian meerdere belangrijke patenten aan en richten ze samen Solexa Ltd. op. Het eerste menselijke genoom dat met de technologie is gesequenced, wordt gepubliceerd.

2007: De technologie wordt overgenomen door Illumina, Inc. en verder geoptimaliseerd om biljoenen DNA-bases per experiment te sequencen. De technologie blijft een transformerende impact op het gebied van genomica, geneeskunde en biologie hebben.

  1. Bekijk hier de video van de winnaars van de Millennium Technology Prize 2020 en download hier de foto’s van de winnaars.
  1. De Millennium Technology Prize is een mondiale onderscheiding van 1 miljoen euro die om het jaar wordt uitgereikt ter ere van een baanbrekende technologische innovatie die de levenskwaliteit van mensen verbetert en duurzame ontwikkeling stimuleert. De winnende uitvindingen moeten een diepgaande positieve sociale impact hebben, commercieel haalbaar zijn en het welzijn van de mensheid stimuleren. De Millennium Technology Prize wordt uitgereikt door Technology Academy Finland
  1. De voorgaande winnaars van de Millennium Technology Prize zijn:
  • Sir Tim Berners-Lee (2004), voor het World Wide Web;
  • Professor Shuji Nakamura (2006), voor de productie van het eerste succesvolle blauwe LED-licht, de laatste stap voor het creëren van een helder wit LED-licht;
  • Professor Robert Langer (2008), voor zijn pionierswerk met gecontroleerde geneesmiddelafgifte in het lichaam van een patiënt in een bepaalde periode;
  • Professor Michael Grätzel (2010), voor derde generatie Dye-sensitized solar cells (of de Grätzel-zonnecel), die elektriciteitsopwekkende ramen en goedkope zonnepanelen belooft;
  • Gezamenlijke winnaars (2012): Professor Shinya Yamanaka, voor ethisch stamcelonderzoek en Linus Torvalds voor het opensourcebesturingssysteem Linux, dat de basis is geworden voor Android smartphones, tablets, digitale televisierecorders en supercomputers over de hele wereld;
  • Professor Stuart Parkin (2014), voor het ontwikkelen van verhoogde gegevensopslagdichtheid dat een duizendmaal grotere opslagcapaciteit van magnetische diskdrives mogelijk maakte;
  • Dr Frances Arnold (2016), voor haar werk aan gerichte evolutie; en
  • Dr Tuomo Suntola (2018), voor atomische laagdepositie (ALD, atomic layer deposition), waarmee op nanoschaal dunne materiaallagen gemaakt kunnen worden voor microprocessors en digitale geheugenapparaten, wat heeft bijgedragen aan de revolutie van smartphones.
  1. Mediacontacten en verzoeken om interviews:
    Alex Jungwirth, Apollo Strategic Communications
    alex.jungwirth@apollostrategiccomms.com
    +44 (0) 795 895 5795