Neue Geräte für Gen-Entschlüsselung verglichen

Wissenschaftler des Centrums für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld haben zusammen mit Kolleginnen und Kollegen in Münster, Wien und Bremerhaven drei Geräte zur Entschlüsselung von DNA getestet.

Es handelt sich um eine neue Generation diese Geräte: Sie sind kleiner, schneller und günstiger als die bisherigen und eignen sich damit neben der biowissenschaftlichen auch für die medizinische Nutzung. Das renommierte Fachjournal „Nature Biotechnology“ veröffentlicht die Ergebnisse der Studie am heutigen Freitag (5. April). Das Magazin gehört zum Verlag des weltweit bekannten Wissenschaftsmagazins „Nature“.

Seit rund zwei Jahren gibt es sogenannte „Next Generation Sequencing“-Geräte (NGS) zur DNA-Entschlüsselung auch als Tischgeräte. Mit ihnen lassen sich Genomsequenzen von Bakterien ebenso bestimmen wie menschliche Gene, die an Erkrankungen beteiligt sind.

„Die Geräte verwenden auf Nanotechnologie basierende Entschlüsselungsverfahren. Daraus ergeben sich verschiedene Fehlerquellen, die den objektiven Vergleich solcher Geräte zu einer wissenschaftlichen Aufgabe machen“, sagt Dr. Jörn Kalinowski vom CeBiTec, der an der Studie beteiligt war. „Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Bioinformatik, die die genetischen Daten verarbeitet und vergleichbar macht.“

Das Forschungsteam hat NGS-Maschinen von drei verschiedenen Herstellern verglichen: „GS Junior“ von der Firma Roche, „PGM“ von Ion Torrent und „MiSeq“ von Illumina. Als Testmaterial nutzten die Wissenschaftler ein Bakterium – den Erreger der EHEC-Darminfektion (Escherichia coli O157:H7). Das Hauptergebnis: Die Studie zeigt den Autoren zufolge die grundsätzliche Eignung aller drei Geräte für eine schnelle und präzise klinische Untersuchung bakterieller Krankheitserreger.

Feine Unterschiede gibt es trotzdem: In ihrem Test zeigen die Wissenschaftler, dass die Geräte MiSeq und PGM am schnellsten sind. „Zu den üblichen Fehlern gehört, dass bei der Sequenzierung einzelne DNA-Bausteine ,dazuerfunden‘ oder gar nicht gelesen werden. Wir sprechen dann von Insertions- und Deletionsfehlern“, erklärt der Erstautor der Studie, Sebastian Jünemann vom Institut für Bioinformatik des CeBiTec. Von den drei untersuchten Geräten hat der MiSeq die wenigsten Insertions- und Deletionsfehler.
„Der dritte mögliche Fehler besteht darin, dass DNA-Bausteine falsch gelesen werden. Das sind Substitutionsfehler“, erklärt Jünemann. In diesem Bereich überzeugten die beiden Konkurrenzgeräte GS Junior und PGM, die im Vergleich weniger Substitutionsfehler verursachten. In der Praxis können allerdings bestimmte Fehlerarten ausgeglichen werden, weil bei der Entschlüsselung des Genoms einzelne Abschnitte mehrfach sequenziert werden, sagt Jünemann.

An der Studie waren neben der Universität Bielefeld auch die Universitäten Münster und Wien sowie das Alfred Wegner Institut in Bremerhaven beteiligt. Koordinator der Studie war Professor Dr. Dag Harmsen vom Universitätsklinikum Münster. Er erwartet, dass die drei getesteten Geräte aufgrund der positiven Ergebnisse „bereits dieses Jahr bei einigen führenden Institutionen routinemäßig zur Überwachung von bakteriellen Infektionsgeschehen in der klinischen Mikrobiologie und im Gesundheitswesen eingesetzt werden.“

Das CeBiTec gehört zum Forschungsschwerpunkt „Molekular- und Nanowissenschaften“ (Molecular and Nano Sciences) der Universität Bielefeld. In diesem breiten Feld hat sich die Universität mit einem fokussierten Profil an den Schnittstellen zwischen Physik, Chemie, Biologie und Bioinformatik national und international positioniert. Die aktuellen Forschungen reichen von Nanoschichten und Einzelmolekülprozessen bis hin zu bakteriellen, pflanzlichen und tierischen Zellen.

Originalveröffentlichung:
Sebastian Jünemann, Fritz Joachim Sedlazeck, Karola Prior, Andreas Albersmeier, Uwe John, Jörn Kalinowski, Alexander Mellmann, Alexander Goesmann, Arndt von Haeseler, Jens Stoye und Dag Harmsen), „Updating benchtop sequencing performance comparison“. Nature Biotechnology 31 (4), 5. April 2013: http://dx.doi.org/10.1038/nbt.2522

Kontakt:
Dr. Jörn Kalinowski, Universität Bielefeld
Centrum für Biotechnologie (CeBiTec)
Telefon: 0521 106-8756
E-Mail: joern.kalinowski@cebitec.uni-bielefeld.de

Sebastian Jünemann, Universität Bielefeld
Centrum für Biotechnologie (CeBiTec)
Telefon: 0521 106-4827
E-Mail: jueneman@cebitec.uni-bielefeld.de