Tagungsbericht

Neue Maßstäbe für die Genomanalyse

Applied Biosystems auf International Congress of Genetics in Berlin
Professor Stefan Schreiber sequenzierte u.a. DNA-Proben von Morbus-Crohn-Patienten.


Wissenschaftler aus aller Welt trafen sich vom 12. bis zum 17. Juli 2008 auf dem XX. International Congress of Genetics (ICG) in Berlin, um über aktuelle Themen und Trends der Genetik zu diskutieren. Einen Schwerpunkt bildeten innovative Entwicklungen und Anwendungen in der Genomforschung, die durch neue, leistungsstarke Genomanalysesysteme erst möglich geworden sind. Eine derartige Genomanalyseplattform der neuen Generation ist das SOLiDTM-System der Firma Applied Biosystems, dessen Anwendungsmöglichkeiten auf einer Begleitveranstaltung des ICG vorgestellt wurden. Das SOLiDTM-System war auch Thema auf einem Round-Table-Event, das Applied Biosystems im Vorfeld des Symposiums veranstaltete.


Namhafte Wissenschaftler wie Prof. Dr. Stefan Schreiber von der Christian-Albrechts-Universität Kiel, Dr. Sean Grimmond, Associate Professor an der University of Queensland in Australien, und Dr. Francisco de la Vega, Wissenschaftler und Vice President für SOLiD-Applikationen und Bioinformatik bei Applied Biosystems, präsentierten ihre neuesten Genomanalyseanwendungen mit dem SOLiD-System. Ob die Erforschung der genetischen Grundlage schwerer Krankheiten, das Transkriptom-Profiling durch mRNA-Sequenzierung im großen Maßstab, oder die Untersuchung der Genomvariationen menschlicher Populationen – das SOLiD-System ermöglicht als Ultrahochdurchsatz-Sequenzierplattform der neuen Generation Anwendungen, die weit über das reine Sequenzieren hinausgehen.

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Weitreichendes Transkriptomprofiling

Den bislang umfangreichsten und gründlichsten Einblick in ein Säugertranskriptom gewähren die Untersuchungen des Australiers Dr. Sean Grimmond und seines Teams. Grimmond, Associate Professor am Institute of Molecular Bioscience der Universität Queensland, berichtete auf dem Symposium vom Transkriptom-Profiling durch massive mRNA-Sequenzierung bei differenzierten Zellen und Stammzellen der Maus. Grimmonds Team hat ein Protokoll entwickelt, mit dem besonders umfangreiche Transkriptomanalysen bei Säugern durchgeführt werden können. Das Protokoll sowie die Analyse der Stammzellen und „Embryoid Bodies“ undifferenzierter Mäuseembryonen wurden in der aktuellen Ausgabe von Nature Methods [1] publiziert.

Die Studienergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis der ungeheuren Komplexität von Säugertranskriptomen. Auf Basis der neuen Erkenntnisse können Wissenschaftler künftig Stoffwechselstörungen, die zur Entstehung komplexer Krankheiten wie Krebs führen, auf molekularer Ebene besser verstehen.

SNP-Analysen

Forscher der Christian-Albrechts-Universität in Kiel nutzen das SOLiD-System zur genetischen Analyse von Morbus Crohn. Morbus Crohn ist eine komplexe Funktionsstörung, die sich in einer chronische Entzündung des Verdauungstrakts äußert. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Stefan Schreiber sequenzierte mithilfe des SOLiD-Systems krankheitsassoziierte Gene und Genloci im Rahmen genomweiter SNP-Studien und annotierte funktionelle Sequenzvarianten. Die Ergebnisse der Ultrahochdurchsatz-Anwendungen mit einzelnen und gepoolten DNA-Proben von Patienten mit Morbus Crohn präsentierte Schreiber auf dem Symposium. Das Wissenschaftlerteam hatte bereits zuvor mit dem SNPlexTM-Genotyping-System (ebenfalls Applied Biosystems) genetische Varianten nachgewiesen, die mit der Prädisposition für Morbus Crohn in Zusammenhang stehen.

Die Forscher hatten zusammen mit Applied Biosystems für ihre neuen Methoden zur Identifizierung Morbus-Crohn-assoziierter Genvarianten im Mai dieses Jahres den Bio-IT World 2008 Best Practices Award für „Grundlagenforschung R&D“ erhalten.

Kostenreduzierung

Ein Wissenschaftlerteam von Applied Biosystems nutzte das SOLiD-Systemzur Untersuchung menschlicher Genomvariation. Dr. Francisco De La Vega, Wissenschaftler und Vice President für SOLiD-Applikationen und Bioinformatik bei Applied Biosystems, präsentierte hochauflösende Sequenz- und Strukturvariationsstudien einer Probe aus dem internationalen HapMap-Projekt auf dem Symposium. Die Ergebnisse wurden durch Hochdurchsatz-Sequenzierung von Paired-End-Banken mit dem SOLiD-System erzielt. Durch seinen enormen Durchsatz, der hohen Genauigkeit und der Fähigkeit zur Paired-End-Analyse hilft das SOLiD-System, Kosten zur Durchführung komplexer Genomstudien zu sparen. Während die erste Entschlüsselung eines menschlichen Genoms im Rahmen des Humangenomprojekts noch 300 Mio. Dollar kostete, gelang es den Wissenschaftlern nun, ein komplettes Genom für unter 60000 Dollar zu sequenzieren. Damit liegen die Kosten unter der 100000-Dollar-Marke, dem Meilenstein der Industrie für die nächste Generation der DNA-Sequenziertechnologien.

Es ist zu vermuten, dass sich der Betrag künftig weiter reduziert. Diese Entwicklung wird auch die Erforschung der menschlichen Genomvariationen und deren mögliche Auswirkung auf die Entstehung von Krankheiten wie Krebs künftig vereinfachen.

Komplettlösung

Das SOLiD-System ist eine Komplettlösung für die genetische Analyse und besteht aus einer Sequenziereinheit, Reagenzien, einem Rechner und einem Datenspeicher. Die Plattform basiert auf dem Prinzip der Sequenzierung durch Oligonukleotid-Ligation: Im Gegensatz zu polymerasebasierenden Sequenziertechniken arbeitet das SOLiD-System mit einer Technologie, die „schrittweise Ligation“ genannt wird. Durch seinen extrem hohen Durchsatz unterscheidet sich das SOLiD-System von anderen Sequenzierplattformen der nächsten Generation. Das System lässt sich einfach skalieren, ohne dass dabei größere Veränderungen an der Hardware oder Software des Systems vorgenommen werden müssten. Dadurch kann eine höhere Sequenzdichte pro Slide über das sogenannte „Bead Enrichment“ erzielt werden. Beads sind ein integraler Bestandteil des Open-Slide-Formats des SOLiD-Systems. Mit ihrer Hilfe können mehr als sechs Gigabasen Daten pro Lauf sequenziert werden. (In Kundenlaboren generierte das SOLiD-System bereits mehr als 13 Mrd. und in Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen von Applied Biosystems mehr als 17 Mrd. Basen Sequenzdaten pro Lauf.)

Das SOLiD-System nutzt das 2-Base-Encoding, ein interner Kontrollmechanismus, der zufällige oder systematische Fehler von Single Base Changes oder Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) unterscheidet. Dieses Fehlerkontrollsystem versetzt Forscher in die Lage, SNPs mit einer Genauigkeit von über 99,94 % nachzuweisen.

Dr. Elke Matuschek

Literatur

  1. Cloonan N. et al., Nature Methods: 5 (2008); 613–619.
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