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DNA-Sequenzierung: 100.000mal schneller als zu Zeiten von HUGO

Österreichs modernstes DNA-Sequenzierungsgerät steht an der Medizin Uni Graz. Mit seiner Hilfe wird die Darmflora analysiert.

GRAZ. Wer sich noch erinnert, wie lange die erste Sequenzierung des menschlichen Genoms dauerte, wird von der Geschwindigkeit der modernen DNA-Sequenzierer beeindruckt sein: Während in den 1990er Jahren das Human Genome Project (HUGO) eine Vielzahl von internationalen Forschungsgruppen über ein ganzes Jahrzehnt hinweg Sequenz für Sequenz entschlüsselten, bis endlich ein vollständiges menschliches Genom als meterlange Liste von AGCT-Kombinationen (die Buchstaben stehen für die Basen der DNA) vorlag, geht es heute hunderttausendmal schneller.

„Mit herkömmlichen Methoden wurden pro Stunde und Gerät 96 DNA-Sequenzen identifiziert. Unser neues Gerät schafft zirka eine Million Sequenzen mit einer Gesamtlänge von rund 500 Millionen Basen an einem Tag“, schwärmt Christian Gülly vom Zentrum für Medizinische Forschung der Med-Uni Graz. Seit Februar diesen Jahres ist dort ein Ultrahochdurchsatz-DNA-Sequenziergerät verfügbar, mit dem die Sequenzierung eines menschlichen Genoms (zirka drei Milliarden Basenpaaren) in wenigen Wochen möglich ist.


Verknüpfung mit Datenbanken

Der Vorteil dieser Technologie kommt vor allem durch die Verknüpfung mit Datenbanken, die die biologische Funktion von DNA-Sequenzen beinhalten. Das simple Auffinden von AGCT-Kombinationen hilft keinem weiter, wenn man nicht in Datenbanken nachsehen kann, welches Gen hinter der Abfolge von Basenpaaren steckt, ob es für die Kodierung eines Proteins zuständig ist oder ob es aus einem Abschnitt unseres Genoms ist, der keine offensichtliche Funktion hat. Auch Sequenzen, denen noch keine Funktion zugeschrieben werden kann, kommen in die Datenbanken. Denn je öfter Sequenzen auch in anderen Krankheitsbildern gefunden werden, umso eher kann eine etwaige biologische Relevanz abgeleitet werden. Viele österreichische Forschungsgruppen mussten bisher ihre DNA-Proben nach Amerika oder Deutschland schicken, um Ultrahochdurchsatz-Sequenzier zu nutzen. „Ich würde mich freuen, wenn vermehrt heimische Forscher auf unsere Einrichtung zugreifen“, meint Gülly dazu.

Größtes Projekt, das derzeit am Zentrum für Medizinische Forschung läuft, analysiert nicht das Genom des Menschen sondern die Genome der vielen Mitbewohner des Menschen: Bakterienarten, die zu Tausenden in der Darmflora vorkommen. Bis zu 40.000 verschiedene Bakterienarten sind aus der Darmflora bekannt, jeder einzelne Mensch trägt um die 500 Arten im Darm. Die Anzahl an Einzelindividuen, die im Darm lebensnotwendige Stoffwechselprozesse übernehmen, geht in die Milliarden. Unter der Leitung von Christoph Högenauer (Gastroenterologe) und Gregor Gorkiewicz (Pathologe) soll der schützende Aufbau der Mikroorganismen im Darm entschlüsselt werden.

Bei herkömmlichen Methoden konnten selten vorkommende Bakterienarten entweder gar nicht oder nur nach tagelanger Handarbeit im Labor beschrieben werden. Doch das neue Hochleistungsgerät liefert in kürzester Zeit, ohne lange Vorbereitung eine genaue Aufschlüsselung aller Bakterien-Arten und deren Häufigkeiten. „Wenn ein bestimmtes Bakterium Verursacher einer entzündlichen Krankheit ist, konnte man dieses früher nur schwer finden“, sagt Gülly. Doch jetzt spuckt der Ultrahochdursatz-Sequenzierer die Informationen nur so aus: „Sogar wenn eine Bakterienart nur mit 0,1 Prozent vorkommt, können wir die DNA-Sequenz finden und richtig zuordnen.“


Kampf gegen Darmentzündung

So bekommen die Wissenschaftler erstens die Aufzählung, welche Bakterienarten in einer Stuhlprobe waren und zweitens lässt sich herausfinden, welche Gene der Bakterien für welche Funktionen verantwortlich sind. Je mehr man über das komplexe System im Darm erfährt, umso besser lassen sich Therapien gegen klassische Darmentzündungen wie Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa entwickeln. vers

("Die Presse", Print-Ausgabe, 17.06.2008)