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Gesamt-Genom-Sequenzierung

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Changed on: 14.03.2017

Unter Gesamt-Genom-Sequenzierung (engl. NGS von next generation sequencing oder WGS von whole genome sequencing) versteht man das Bestimmen des kompletten Erbguts eines Organismus. Das bedeutet, der vollständige Aufbau der DNA ist bekannt – und das mit einer Präzision, die mit anderen Bestimmungsmethoden nicht erreicht werden kann.

Auf diese Weise können zum Beispiel nicht nur die Unterschiede zwischen Bakterienarten genau bestimmt werden, sondern auch Unterschiede innerhalb einer Bakterienart. Diese feinen Unterschiede im genetischen Aufbau eines Bakteriums sind gerade dann besonders wichtig, wenn es sich bei dem Bakterium um einen Krankheitserreger handelt, der über Lebensmittel verbreitet wird: Über diese Unterschiede können im Idealfall Zusammenhänge zwischen Erkrankungen und Lebensmitteln präzise erkannt werden.

Schneller, mehr und exakter

Bei der Abklärung von lebensmittelbedingten Krankheitsausbrüchen werden im Idealfall Bakterienstämme, die von erkrankten Personen, aus Lebensmitteln oder der Umwelt stammen, miteinander verglichen. Dieser Vergleich wird gegenwärtig mit der so genannten Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE) durchgeführt: Dabei werden bestimmte Stellen des Genoms miteinander verglichen (es entsteht ein Bandenmuster, ähnlich einem Strichcode). Diese Methode ist allerdings zeitaufwändig. Überdies können nicht alle Bakterienstämme genau genug voneinander unterschieden werden und die Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Laboratorien ist schwierig.

Im Vergleich dazu können mit modernen NGS-Geräten 30 bis 90 Proben – abhängig davon, wie groß das Genom der jeweiligen Bakterienart ist - binnen 48 Stunden analysiert werden. Pro Durchlauf werden dabei 15 Milliarden Basen (die Einzelbausteine der DNA) bestimmt. Die gewonnen Analysedaten können zentral gespeichert werden, so können Labors aus verschiedenen Ländern darauf zugreifen und Ergebnisse vergleichen. Auf diese Weise können länderübergreifende Krankheitsausbrüche schneller erkannt werden.
 
Voraussetzung dafür ist natürlich, dass die Daten vergleichbar sind. In der AGES wurde beispielsweise ein Sequenzier-Schema für Listerien (Listeria monocytogenes) entwickelt. Dafür wurden die Genome von Listerienisolaten Gen für Gen miteinander verglichen. Dabei wurden 1.701 Gene identifiziert, die in allen Isolaten vorhanden sind. Dieses „Herzstück“ des Listerien-Genoms bildet die Basis für exakte Vergleiche von Erreger-Isolaten untereinander: Isolate, die sich in weniger als 10 Genen voneinander unterschieden, gehören zum selben Ausbruchsstamm. Auf diese Weise kann festgestellt werden, welche Lebensmittel-Proben mit Proben von Patienten übereinstimmen.

Die wissenschaftliche Arbeit „Defining and Evaluating a Core Genome MLST Scheme for Whole Genome Sequence-Based Typing of Listeria monocytogenes” wurde im Journal of Clinical Microbiology veröffentlicht.

Beitrag im Wissenschaftsmagazin APA Science "CSI Quargel": Mit Genomsequenzierung Listerien auf der Spur

Die AGES als binationales Konsiliarlabor für Listerien ist auch an der Abklärung eines Listerien-Ausbruchs in Deutschland beteiligt. Mittels Ganzgenomsequenzierung konnte gezeigt werden, dass keine Erkrankungsfälle in anderen Ländern mit dem Ausbruch in Deutschland in Verbindung stehen.

Eurosurveillance, Volume 20, Issue 50, 17 December 2015: Ongoing outbreak of invasive listeriosis, Germany, 2012 to 2015

Unter Gesamt-Genom-Sequenzierung (engl. NGS von next generation sequencing oder WGS von whole genome sequencing) versteht man das Bestimmen des kompletten Erbguts eines Organismus. Das bedeutet, der vollständige Aufbau der DNA ist bekannt – und das mit einer Präzision, die mit anderen Bestimmungsmethoden nicht erreicht werden kann.

Auf diese Weise können zum Beispiel nicht nur die Unterschiede zwischen Bakterienarten genau bestimmt werden, sondern auch Unterschiede innerhalb einer Bakterienart. Diese feinen Unterschiede im genetischen Aufbau eines Bakteriums sind gerade dann besonders wichtig, wenn es sich bei dem Bakterium um einen Krankheitserreger handelt, der über Lebensmittel verbreitet wird: Über diese Unterschiede können im Idealfall Zusammenhänge zwischen Erkrankungen und Lebensmitteln präzise erkannt werden.

Schneller, mehr und exakter

Bei der Abklärung von lebensmittelbedingten Krankheitsausbrüchen werden im Idealfall Bakterienstämme, die von erkrankten Personen, aus Lebensmitteln oder der Umwelt stammen, miteinander verglichen. Dieser Vergleich wird gegenwärtig mit der so genannten Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE) durchgeführt: Dabei werden bestimmte Stellen des Genoms miteinander verglichen (es entsteht ein Bandenmuster, ähnlich einem Strichcode). Diese Methode ist allerdings zeitaufwändig. Überdies können nicht alle Bakterienstämme genau genug voneinander unterschieden werden und die Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Laboratorien ist schwierig.

Im Vergleich dazu können mit modernen NGS-Geräten 30 bis 90 Proben – abhängig davon, wie groß das Genom der jeweiligen Bakterienart ist - binnen 48 Stunden analysiert werden. Pro Durchlauf werden dabei 15 Milliarden Basen (die Einzelbausteine der DNA) bestimmt. Die gewonnen Analysedaten können zentral gespeichert werden, so können Labors aus verschiedenen Ländern darauf zugreifen und Ergebnisse vergleichen. Auf diese Weise können länderübergreifende Krankheitsausbrüche schneller erkannt werden.
 
Voraussetzung dafür ist natürlich, dass die Daten vergleichbar sind. In der AGES wurde beispielsweise ein Sequenzier-Schema für Listerien (Listeria monocytogenes) entwickelt. Dafür wurden die Genome von Listerienisolaten Gen für Gen miteinander verglichen. Dabei wurden 1.701 Gene identifiziert, die in allen Isolaten vorhanden sind. Dieses „Herzstück“ des Listerien-Genoms bildet die Basis für exakte Vergleiche von Erreger-Isolaten untereinander: Isolate, die sich in weniger als 10 Genen voneinander unterschieden, gehören zum selben Ausbruchsstamm. Auf diese Weise kann festgestellt werden, welche Lebensmittel-Proben mit Proben von Patienten übereinstimmen.

Die wissenschaftliche Arbeit „Defining and Evaluating a Core Genome MLST Scheme for Whole Genome Sequence-Based Typing of Listeria monocytogenes” wurde im Journal of Clinical Microbiology veröffentlicht.

Beitrag im Wissenschaftsmagazin APA Science "CSI Quargel": Mit Genomsequenzierung Listerien auf der Spur

Die AGES als binationales Konsiliarlabor für Listerien ist auch an der Abklärung eines Listerien-Ausbruchs in Deutschland beteiligt. Mittels Ganzgenomsequenzierung konnte gezeigt werden, dass keine Erkrankungsfälle in anderen Ländern mit dem Ausbruch in Deutschland in Verbindung stehen.

Eurosurveillance, Volume 20, Issue 50, 17 December 2015: Ongoing outbreak of invasive listeriosis, Germany, 2012 to 2015

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