Sequenzieren bedeutet die DNA – das Erbgut in jedem Lebewesen – detailliert zu bestimmen, als würde man lernen, ein Buch zu lesen. Bisher war diese Sequenzierung teuer und nur in spezialisierten Labors als Dienstleistung verfügbar. Vorteil der neuen Technologie Oxford Nanopore Sequencing ist, dass sie kostengünstig ist und in jedem Labor etabliert werden kann. Es gibt immer mehr Beispiele aus den letzten zwei bis drei Jahren, wie ONT in der Praxis angewandt wird. Auch das FiBL nutzt die Technologie in verschiedenen Projekten.
Die Methode
Das Gerät für ONT ist in etwa so gross wie ein Packung Taschentücher. Es wird per USB an einen Laptop angeschlossen und eine aufbereitete Umweltprobe – z.B. ein Tropfen Wasser aus einem zu untersuchenden See - eingefügt. Im Gerät befindet sich eine Biomembran, in welcher nanometergrosse Poren sind. Die DNA passiert diese Nanoporen, wobei die einzelnen Basen der DNA eine messbare, individuelle Spannung erzeugen. Anhand dieser Spannungen wird die Basen-Sequenz in Echtzeit gelesen und kann am Computer ausgewertet werden.
Die Ergebnisse werden mit Datenbanken verglichen, welche die DNA-Sequenzen der zu untersuchenden Lebewesen beinhalten. So kann zum Beispiel durch die Untersuchung der DNA in einem Tropfen Wasser bestimmt werden, welche Arten in einem Gewässer vorkommen oder anhand einer Luftprobe aus dem Wald, welche Tiere dort leben.
Anwendungen
Nanopore Sequencing erlaubt es, relativ günstig, schnell und unkompliziert DNA zu sequenzieren. Eine Anwendung ist das Erkennen von Antibiotikaresistenzgenen mit der Beprobung von Schweinegülle. Auch bei der Erkennung menschlicher Krankheitserreger hilft die Methode: Die Beprobung von Stadtluft oder Abwasser ermöglicht es, Erreger frühzeitig zu erkennen und zu beobachten. Dies ist zeitsparender und umfassender als die bisherige Beprobung einzelner betroffener Patient*innen.
An der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft wird die Methode komplementär zu herkömmlichen Praktiken verwendet, um Baumpathogene wie Pilze oder Viren zu bestimmen. Am FiBL wird die Methode genutzt um die mikrobielle Zusammensetzung des Bodens und Pilzgenome zu entschlüsseln. In der FiBL Pflanzenzüchtung ist man an Nanopore Sequencing interessiert, um die DNA von Wildtypen zu analysieren und für die Züchtung vorteilhafte Arten auszuwählen. Eine weitere interessante Anwendung ist der "forensische" Nachweis von geringsten DNA-Spuren von allen Organismen (Mikroorganismen, Insekten, Tieren), welche in einem agrarökologischen System eine Rolle z. B. als Nützling oder Bestäuber spielen.
Das Symposium
Kürzlich haben mehr als 70 Personen am Nanopore Sequencing Symposium am 11. April am FiBL Schweiz in Frick teilgenommen. Darunter waren Forschende diverser Forschungsinstitute und Universitäten sowie internationale Besucher*innen aus Italien, Spanien und Deutschland. Ausserdem nahmen Mitarbeitende von verschiedenen kantonalen und privaten Dienstleistungs-Laboratorien teil.
Es wurden vielfältige Forschungsprojekte vorgestellt, welche Nanopore Sequencing anwenden. Viele der Teilnehmenden besuchten das Symposium, da sie Interesse daran haben, die Methode selber anzuwenden. Ausserdem beantworteten Mitarbeitende des Sponsors Microsynth und des Herstellers Oxford Nanopore Technologies detaillierte Fragen zu der Methode und nahmen Verbesserungswünsche entgegen.
Wie geht es weiter?
Herausforderungen liegen vor allem in den methodischen Abläufen, welche noch Optimierungsbedarf haben. Ausserdem braucht es detaillierte Referenzdatenbanken, um die sequenzierte DNA den Arten korrekt zuordnen zu können. Ein weiteres Problem besteht in der Frage, ob die in Umweltproben gefundene DNA von lebenden, aktiven oder toten, inaktiven Organismen stammt. Trotz dieser Hürden ist das Interesse an Nanopore Sequencing in der Forschung wachsend und die weiteren Forschungsergebnisse dürfen mit Spannung erwartet werden.
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Links
nanoportech.com: Unternehmenswebsite Oxford Nanopore Technologies