Ein neuer Sequencer: Taschenformatiges "Nanopore"-Gerät

6. Februar 2018

Jetzt hebt ein Bericht in Nature Biotechnology den neuesten Fortschritt bei der DNA-Sequenzierung hervor: die Sequenzierung und Assemblierung eines menschlichen Genoms mit einem taschengroßen Gerät. Es wurde mit mehreren "Nanopore"-Geräten erstellt, die online mit einem "Starter-Kit" für nur 1.000 US-Dollar erworben werden können. Tatsächlich umfasst diese neue Genomsequenz – die in wenigen Wochen abgeschlossen wurde – einige notorisch schwer zu sequenzierende DNA-Abschnitte und schließt mehrere wichtige Lücken in unserem ursprünglichen Referenzgenom.

Für die meisten Sequenzierungsmethoden muss die DNA in kleinere, handhabbarere Fragmente zerlegt werden. Das bedeutet, dass alle Nukleotid-"Buchstaben" – die As, Cs, Gs und Ts – im DNA-Code wieder in der richtigen Reihenfolge zusammengesetzt werden müssen, wie ein komplexes Puzzle. Während viele Methoden unglaublich genau darin sind, viele Teile des Puzzles wieder zusammenzusetzen, ist es viel schwieriger, dies in stark repetitiven Abschnitten der DNA zu tun. Wenn sie zerlegt werden, produzieren sie Puzzlestücke, die im Wesentlichen identisch sind. Um dieses Problem zu umgehen, sind einige neuere Sequenzierungstechnologien in der Lage, viel längere Abschnitte der DNA zu lesen: der tragbare MinION-Nanoporen-Sequenzer, der von Oxford Nanopore Technologies hergestellt wird.

Tatsächlich wurde das Nanoporen-Sequenzieren 2016 von der Zeitschrift Science als eines der "Durchbrüche des Jahres" ausgezeichnet. Die Methode besteht darin, einzelne DNA-Stränge durch viele winzige Proteinporen, d.h. Nanoporen, zu fädeln, die in einer elektrisch widerstandsfähigen Polymermembran eingebettet sind. Innerhalb des Geräts wird ein ionischer Strom durch die Nanopore geleitet. Wenn ein einzelner DNA-Strang die geladene Nanopore passiert, verändert sich der Strom. Tatsächlich wird der Strom auf unterschiedliche Weise verändert, je nachdem, welches der vier einzigartigen Nukleotide der DNA – Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) oder Thymin (T) – durch die Pore hindurchgeht. Dadurch ist es möglich, die DNA-Sequenz Buchstabe für Buchstabe "abzulesen"! Trotz dieser längeren, leichter zusammenfügbaren Reads benötigten die Forscher immer noch einige große Computer, um die Daten zu verstehen, Fehler zu korrigieren und Teile des Genoms zusammenzusetzen, die zuvor unmöglich zusammenzufügen waren.

So wie einst nur riesige Supercomputer verfügbare Fähigkeiten heute über Apps auf Smartphones zugänglich sind, werden DNA-Sequenzierer immer besser, kleiner und tragbarer. Und wie diese Studie zeigt, besteht kein Zweifel, dass wir immer näher an einen Zeitpunkt rücken, an dem es sowohl machbar als auch praktisch werden könnte, individuelle menschliche Genome zu sequenzieren, um eine größere Präzision in der Gesundheitsversorgung für alle zu erreichen.