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Dr. Carolin Dippmann und Daria Meyer aus unserem Forschungs- und Entwicklungsteam arbeiten u. a. mit der Methode des „Third Generation Sequencing“. Mithilfe dieser Technologie untersuchen sie DNA (Desoxyribonukleinsäure) aus Tumoren sehr viel genauer, als bisher möglich war.

Die Methode ist ein enormer Fortschritt: Die epigenetischen Veränderungen der DNA verraten uns, wenn sich gesunde Zellen zu Krebs entwickeln. Und mit „Third Generation Sequencing“ können wir diese direkt erkennen.

Unser Ziel bei oncgnostics ist es, solche epigenetischen Marker aufzuspüren. Vor allem bei der Früherkennung von Kopf-Hals-Tumoren steckt die Entwicklung noch in den Anfängen. In verschiedenen Forschungsprojekten, u. a. der OroCa-Graz-Studie, arbeiten wir zusammen mit Klinikern an einem einheitlichen Screening, um die dazugehörigen Krankheiten früher und zuverlässiger als bisher zu erkennen.

Inwieweit dabei das Third Generation Sequencing zum Einsatz kommt und was sich genau dahinter verbirgt, erklären die beiden Wissenschaftlerinnen im Folgenden.

Wie funktioniert das Third Generation Sequencing?

Teil unserer täglichen Arbeit ist es, DNA-Fragmente auf epigenetische Veränderungen, speziell auf DNA Methylierung, zu untersuchen. DNA Methylierungen an bestimmten Basenabfolgen weisen darauf hin, dass sich die betreffende Zelle verändert hat.

Das Third Generation Sequencing ist eine Methode, mit der diese Analysen schneller und effektiver funktionieren. Zudem liefert die Methode die Informationen zur DNA Sequenz in sehr hoher Auflösung: Es werden nämlich einzelne DNA-Moleküle analysiert. Die biologische DNA wird in eine digitale Version übertragen und am Computer auswertbar. Dabei kann auch die DNA Methylierung, die bei der Krebsentstehung auftritt, direkt analysiert werden. Und diese interessiert uns ganz speziell.

Veranschaulicht ist der Prozess in einem Video von „Oxford Nanopore Technologies“ auf YouTube.

Wie unterscheidet sich die Methode von früheren Verfahren?

Mit bisherigen Sequencing Verfahren konnten wir nur die Basenreihenfolge von kurzen DNA-Fragmenten bestimmen (durchschnittlich 300 DNA-Basen). Zudem musste die zu untersuchende DNA im Vorfeld mehrfach kopiert werden, sehr ähnlich der hier erklärten, sogenannten PCR Methode. Außerdem musste die DNA chemisch behandelt werden, um die DNA Methylierung zu erkennen.

Die Third Generation Sequencing Methode vereinfacht diesen Prozess:

  • Wir können DNA-Moleküle von bis zu mehreren Millionen DNA-Basen Länge direkt auswerten.
  • Dafür sind keine Kopien notwendig. Vielmehr werten wir die einzelnen DNA-Sequenzen direkt aus.
  • Entsprechend steigt die Geschwindigkeit, mit der wir die Sequenzen untersuchen: Mittlerweile erheben wir die Daten in Echtzeit.

Welche Art von Daten fällt dabei an?

Im Endeffekt erfasst die Third Generation Sequencing Methode die Änderungen einer Stromstärke und hält diese digital fest. Das funktioniert so: Die zu untersuchende DNA wird auf eine Oberfläche gegeben, die unter einer bestimmten Stromspannung steht. In diese Oberfläche sind winzige Poren aus Proteinen eingebettet. Während der Analyse wandert die DNA in der immergleichen Richtung durch diese sogenannten Nanoporen. Deshalb heißt die Methode auch „Oxford Nanopore Technologie“ (ONT).

Wenn die DNA durch eine Pore wandert, ändert sich die Stromstärke auf der Oberfläche. Das liegt an der räumlichen Anordnung und den chemischen Eigenschaften der DNA-Abschnitte. Sensoren messen diese Änderungen an jeder einzelnen Pore und übermitteln sie an den jeweils angeschlossenen Computer. Anschließend übersetzt ein Algorithmus die Informationen in die Basenabfolge der DNA. Aus dieser lesen wir Auffälligkeiten ab.

Gibt es weitere Vor- oder Nachteile?

Da die Methode noch sehr neu ist, weist sie eine recht hohe Fehlerrate auf. Aktuell erkennt sie nur 95 Prozent aller Abfolgen fehlerfrei. Bei älteren Verfahren sind es 99,9 Prozent. Stetige Entwicklungen verbessern dies mit der Zeit. Dazu gehört auch die Arbeit von Daria Meyer. Sie ist Bioinformatikerin und verbessert im Rahmen ihrer Promotion speziell die Algorithmen, die für die Analyse der epigenetischen Veränderungen wesentlich sind. Zudem optimieren wir stetig die Prozessabläufe bei der Vorbereitung der diagnostischen Proben.

Tatsächlich überwiegen die Vorteile. Das liegt u. a. daran, dass das Analysegerät kaum größer als ein USB-Stick und damit super handlich ist. Von der Arktis bis in die Wüste kann theoretisch überall sequenziert werden.

Was bringt uns das Third Generation Sequencing zukünftig?

Mithilfe der ONT-Sequenzierung wurden bereits große Wissenslücken hinsichtlich des menschlichen Genoms, also der Gesamtheit der DNA eines Menschen, geschlossen. Hierzu erwarten wir weitere Entwicklungen. Und wir leisten gerne unseren Beitrag zur Verbesserung der Technologie.

Der größte Vorteil für uns ist die direkte Lesbarkeit der epigenetischen Veränderungen, also der DNA Methylierung. Wir können diese direkt bei uns im Hause analysieren.

Die Methode setzt sich in immer mehr Anwendungsbereichen durch. Das liegt nicht zuletzt daran, dass die Erstausstattung für den Start von Sequenzier-Projekten sehr günstig ist. Sequenzierungen dieser Qualität sind damit sehr viel erschwinglicher. So können auch kleine Unternehmen wie wir mit der Technologie forschen.

Fragen Sie den Arzt oder die Ärztin Ihres Vertrauens

Die hier dargestellten Inhalte dienen ausschließlich der neutralen Information und allgemeinen Weiterbildung. Sie stellen keine Empfehlung oder Bewerbung der beschriebenen oder erwähnten diagnostischen Methoden, Behandlungen oder Arzneimittel dar. Der Text erhebt weder einen Anspruch auf Vollständigkeit noch garantiert er die Aktualität, Richtigkeit und Ausgewogenheit der dargebotenen Informationen. Er ersetzt keinesfalls die fachliche Beratung durch einen Arzt und darf nicht als Grundlage zur eigenständigen Diagnose und Beginn, Änderung oder Beendigung einer Behandlung von Krankheiten verwendet werden. Konsultieren Sie bei gesundheitlichen Fragen oder Beschwerden immer den Arzt oder die Ärztin Ihres Vertrauens!


© Foto: Studio Beetz

Das LABorteam von oncgnostics

Das Labor ist ein sagenumwobener Ort. Hier wird im Verborgenen getüftelt, entwickelt und (lebens-)wichtige Ergebnisse hervorgebracht. Anlässlich des Welttags des Labors am 23. April wollen wir etwas Licht ins Dunkel bringen und Ihnen unsere wichtigste Arbeitsstätte vorstellen, die eigentlich aus drei Arbeitsstätten besteht:

  1. Das Labor für Forschung und Entwicklung (F&E)

Hier werden etwa 80% der Labortätigkeiten durchgeführt. Das betrifft die Weiterentwicklung unseres molekulardiagnostischen Tests GynTect sowie die Bearbeitung von Studienproben und sämtliche Qualitätskontrollen im Bereich der GynTect Herstellung. Weiterhin wird in diesem Labor an Entwicklungen gearbeitet, die zu weiteren Produkten führen sollen. Besonders intensiv arbeiten wir an der Entwicklung eines Tests zur Erkennung von Kopf-Hals-Tumoren.

  1. Das Produktionslabor

Hier stellen wir ausschließlich GynTect als Kit sowie seine dazugehörigen Komponenten her und lagern sie auch hier. Bisher macht das etwa 10% unserer Arbeit aus, Tendenz allerdings steigend. Sobald jedoch größere Bestellungen von GynTect Kits anfallen, weil beispielsweise die Nachfrage in den Märkten, für die wir kürzlich Vertriebspartnerschaften geschlossen haben, ansteigt, wird der Arbeitsaufwand hier schnell höher.

  1. Das PCR-Labor

Allgemein laufen in diesem Labor sämtliche Anwendungen der vorher genannten Labore auf den Geräten. Namensgebend für das Labor ist die “Polymerasekettenreaktion” (= engl. PCR). Diese findet hier zur Vervielfältigung von DNA statt. Auf diese Weise werden die GynTect-Biomarker genauso in den Proben nachgewiesen wie die Biomarker für unsere neuen Entwicklungen im Bereich Kopf-Hals-Tumore. Hier werden also unter Anderem auch eingegangene Proben mit GynTect getestet. Daraus ergeben sich erhöhte Sicherheitsvorkehrungen:

Hat eine Kollegin das PCR-Labor einmal betreten, so darf sie an diesem Tag nicht mehr in das Produktionslabor. Das liegt daran, dass im PCR-Labor die DNA-Vervielfältigung der Marker stattfindet. Die Komponenten und Chemikalien, die bei der Herstellung von GynTect im Produktionslabor zum Einsatz kommen, dürfen auf gar keinen Fall mit der DNA aus dem anderen Labor in Berührung kommen, es besteht hier Kontaminationsgefahr. Mit dieser Regelung werden also die im Produktionslabor hergestellten GynTect Kits absolut sauber gehalten.

Wenn jemand an einem Tag in die Produktion will, kann er zwar im F&E-Labor tätig sein und z.B. Pipettierarbeiten für GynTect durchführen. Aber er kann die Arbeit nicht im PCR-Labor ins Gerät stellen. Deshalb müssen wir uns gut untereinander absprechen. So kann jemand anderes, der an dem Tag nicht in der Produktion ist, diese Aufgabe erledigen.

Damit wir nicht durcheinander kommen, herrscht neben der Kittelpflicht im Labor auch die Kittel-Farben-Pflicht. Im F&E-Labor tragen alle weiße Kittel, im Produktionslabor sind rote Kittel Pflicht und im PCR-Labor werden grüne Kittel getragen.

Wichtige Arbeitsmittel im Labor

Trotz der immer schneller zunehmenden Automatisierung ist in allen Laboren die gute alte Pipette das am meisten genutzte Gerät. Darüber hinaus verwenden wir besonders häufig die sogenannten real-time PCR-Geräte. In diesen werden bestimmte Bereiche der DNA für die Durchführung von GynTect, aber auch für die Forschung und Entwicklung vervielfältigt.

Als Hersteller von Medizintechnik befolgen wir ein Qualitätsmanagement-System mit hohem Anspruch. Das bringt eine umfangreiche Dokumentationspflicht mit sich: so ist auch der Computer für das Labor eines der wichtigsten Arbeitsmittel.

Ohne Labor gäbe es auch oncgnostics nicht. Hier finden alle wichtige Prozesse statt, die das Unternehmen ausmachen: Entwicklung neuer Produkte, Durchführung von Studien, Produktion von GynTect Kits und Auswertung von Patientenproben. Für uns ist es der spannendste Arbeitsort, den wir uns vorstellen können.

Das Laborteam von oncgnostics.

Wer gerade in welchem Labor arbeitet, erkennt man an den Kittelfarben.