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Von Krebs-Genen bis Mammut-DNA: Neues Verfahren macht geringste Mengen genetischen Materials lesbar

21.07.2014: Heidelberger Wissenschaftler haben eine hochempfindliche und schnelle Methode entwickelt, um Bruchstücke von Erbinformation z.B. aus Blutplasma zu filtern und auszuwerten. Das Verfahren kann in Zukunft die Krebsdiagnostik verfeinern und die Früherkennung von Metastasen verbessern. Weitere Einsatzgebiete sehen die Wissenschaftler bei der Verbrechensaufklärung oder Erforschung menschlicher und tierischer Überreste. Die neue Technik wird in „RNA Biology“ beschrieben.

Wächst im Körper ein Tumor, gelangen kontinuierlich in geringen Mengen Bruchstücke seines Erbguts (DNA) sowie weitere Moleküle mit genetischer Information (RNA) ins Blut. Wissenschaftler der Universitäts-Frauenklinik Heidelberg und des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) haben nun ein hochsensibles Verfahren entwickelt, mit dem erstmals diese minimalen Mengen genetischen Materials aus dem Blutplasma gefiltert und für eine umfassende weitere Analyse zugänglich gemacht werden können. Die DNA- oder RNA-Spuren könnten damit in Zukunft zur Verlaufskontrolle einer Krebstherapie oder zur Früherkennung genutzt werden. Ältere Methoden benötigen größere Mengen an möglichst intakter DNA oder RNA und sind sehr arbeitsaufwendig. „Das neue Verfahren benötigt nur wenig Zeit, kann größtenteils automatisiert werden und ist daher kostengünstig. Es eignet sich für den routinemäßigen Einsatz in der Patientenversorgung“, erklärt Professor Dr. Barbara Burwinkel, Leiterin der Arbeitsgruppen „Molekularbiologie des Mammakarzinoms“ an der Universitäts-Frauenklinik und „Molekulare Epidemiologie“ am DKFZ.

Erbmaterial des Tumors im Blut gibt Auskunft über therapierelevante Eigenschaften

Am Erbgut eines Tumors können Krebsspezialisten und Genetiker viele seiner Eigenschaften ablesen: Je nach Abweichung (z.B. einer Mutation) von der genetischen Information gesunder Körperzellen ist ein Tumor besonders aggressiv, spricht auf bestimmte Therapien besser an als auf andere oder neigt verstärkt zu Absiedlungen (Metastasen) und erneutem Wachstum. Da immer wieder einzelne – im Verlauf einer Chemotherapie oder Bestrahlung zahlreiche – Tumorzellen absterben, finden sich Bruchstücke dieser charakteristischen genetischen Information im Blut. RNA-Moleküle, die in Zellen und Geweben ganz unterschiedliche Funktionen erfüllen, können dagegen Auskunft über die Stoffwechselaktivität des Tumors und damit seine Reaktion auf die Therapie geben. Das Problem: Im Blut werden DNA und RNA weiter abgebaut. Die dabei entsehenden Fragmente, die dazu noch in oftmals verschwindend geringen Mengen vorliegen, sind mit gängigen Verfahren kaum zu verwerten.

Anders mit der Heidelberger Methode „Capture and Amplification by Tailing and Switching (CATS)“, die zum Patent angemeldet wurde: Selbst kleinste Schnipsel werden aus dem Flüssigkeitsanteil (Plasma) einer Blutprobe abgefangen und so aufbereitet, dass sie ohne weitere Zwischenschritte vervielfältigt und analysiert werden können. Das Anlegen dieser sogenannten DNA- und RNA-Bibliothek aus der Plasmaprobe dauert ca. zwei Stunden. Die sich anschließende Analyse des genetischen Materials, Sequenzierung genannt, ist eine etablierte Methode und benötigt rund zwei Wochen wenn das gesamte Erbgut untersucht wird. Schneller geht es allerdings, wenn gezielt nach einzelnen, charakteristischen Abschnitten bzw. Sequenzen der Erbinformation gesucht wird. Das können z.B. bestimmte, therapierelevante Mutationen des Tumorgenoms sein.

Originalveröffentlichung:
Andrey Turchinovich, Harald Surowy, Andrius Serva, et al.; "Capture and Amplification by Tailing and Switching (CATS): An ultrasensitive ligation-independent method for generation of DNA libraries for deep sequencing from picogram amounts of DNA and RNA."; RNA Biology.

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