Neue Horizonte in der Genotypisierung durch Hochdurchsatz-Roboter

Schnelligkeit ist Trumpf – das gilt bei der Genotypisierung insbesondere bei hohem Analyseaufkommen oder kurzzeitig geforderten Analyseergebnissen. Dem trägt eine Neuentwicklung der GAG BioScience GmbH Rechnung: Das Bremer Biotechnologie-Unternehmen hat den ersten Hochdurchsatz-Roboter zur DNA-Marker-Detektion entwickelt. Das innovative, am Markt einzigartige System basiert auf der Identifikation von SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) – der modernsten Generation von DNA-Markern – und ermöglichst bis zu 60.000 Genotypisierungen pro Tag. Zielanwendung des Roboters ist primär die Nutztieridentifikation: Der norddeutsche Spezialist für Genanalytik konzentriert sich zunächst auf die DNA-analytische Identifikation von Rindern im Kontext einer lückenlos möglichen, fälschungssicheren Form der Herkunftsbestimmung. Diese reicht vom Züchter bis zum Lebensmitteleinzelhandel und vermag neue Maßstäbe im Verbraucherschutz zu setzen.

Automatik

Der Hochdurchsatz-Roboter repräsentiert eine vollautomatisierte Analysetechnik mittels Massenspektrometrie, die bewusst auf SNPs statt Mikrosatelliten setzt. Die Vorteile sind klar definiert: durchgehende Automatisierbarkeit des Analyseprozesses, schnelle und präzise massenspektrometrische Detektion sowie deren digitale Darstellbarkeit in Datenbanken.

In die Analyse-Linie sind mehrere Module integriert, in denen bis zu 200 verschiedene SNP-Marker der jeweiligen DNA-Proben auf die Messung im Massenspektrometer vorbereitet werden. Wichtiges Merkmal der eigens von GAG BioScience für den Hochdurchsatz entwickelten Module ist, dass alle Prozesse in miniaturisiertem 384er Mikrotiterplattenformat und mit Multiplexing-Technik durchgeführt werden. Ein optimiertes PCR(polymerase chain reaction)-Modul kann bis zu 4000 Amplifikationsreaktionen gleichzeitig durchführen. Ein patentiertes Magnetpartikel-Verfahren sorgt für schnelle Aufreinigung der PCR-Produkte im Mikromaßstab. Eine neu entwickelte Mikropräpara-
tionstechnik auf „Anchor-Chips“ trägt darüber hinaus zur effizienten massenspektrometrischen Erkennung der SNPs bei. Die Gesamtsteuerung des Hochdurchsatz-Roboters erfolgt durch ein Labor-Informations- und –Management-System (LIMS), das die erfassten Daten aller Proben und Analyseprozesse kontrolliert und dokumentiert.

Analytik

Die Analytik des Robotersystems zielt auf die Identifizierung der DNA-Marker, basiert auf einer Primer-Extension-Reaktion und einer daraus resultierenden Massenänderung des Extension-Primers. Die Änderung der molekularen Masse erfolgt allelspezifisch und wird mittels MALDI-TOF-Massenspektrometrie erfasst. Jede SNP-Position wird auf die Ab- und Anwesenheit einer spezifischen Base untersucht und resultiert aufgrund nur drei möglicher alleler Zustände eines SNP in einem binären Datencode: 01 homozygot A, 10 homozygot B, 11 heterozygot AB. Eine Kombination von etwa 40 dieser binären Datencodes stellt den genetischen Fingerabdruck eines Individuums dar, ist innerhalb weniger Stunden zu ermitteln und in seiner Unverwechselbarkeit von nahezu hundertprozentiger Sicherheit. Die Analysewerte werden in eine Datenbank eingespeist, dort verwaltet und sind bei Bedarf jederzeit abrufbar.

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