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Biotechnologie: Miniporen könnten Genomsequenzierung erleichtern

Forscher wollen die Basensequenz von DNA-Strängen in Zukunft schneller und billiger entziffern, indem sie den Erbgutfaden kontrolliert durch maßgeschneiderte Proteinporen spulen. Die verschiedenen Basen der Kette blockieren dabei den Durchstrom von Ionen durch die Engstelle unterschiedlich stark und geben so über sich Auskunft, beschreibt Hagan Bayley von der Oxford University das Prinzip der Technik.

Noch sind solche Systeme allerdings nicht anwendungsreif. Bayley und seine Kollegen gelang es nun aber immerhin, Cytosin- und Adeninbasen einer künstlichen DNA zu unterscheiden. Dazu hatten sie ein einzelsträngiges DNA-Konstrukt bekannter Sequenz mit Hilfe eines elektrischen Felds durch verschiedene gentechnisch veränderte Alpha-Haemolysin-Proteinporen aus Bakterien gefädelt. Neben dem DNA-Molekül strömen auch mehr oder weniger Ionen der Lösung entlang dem Feld durch die teilweise blockierten Poren; dieser Ionenstrom wird gemessen und charakterisiert die in der Öffnung liegenden Basen. Eine genaue Unterscheidung aller vier zufällig hintereinander angeordneten Basen der DNA sei theoretisch möglich, wenn die Auflösung und die Messtechnik weiter verfeinert werden, hofft Bayley.

Der Forscher steht der von ihm mitgegründeten Firma Oxford Nanopore Technologies vor und lotet mit der neuen Technik in Zukunft auch die kommerziellen Möglichkeiten einer vereinfachten DNA-Sequenzierung aus. Die Forscher möchten unter anderem die individuelle Analyse des Genoms eines Menschen möglichst kostengünstig machen. Mit solchen persönlichen Erbgutsequenzen soll ein Einstieg in die von einigen Forschern erhoffte personalisierte Medizin der Zukunft erreicht werden, bei der etwa Medikamente auf die genetischen Eigenheiten des Individuums maßgeschneidert werden. Die US-amerikanische Gesundheitsbehörde hält dies nur für realistisch, wenn der Preis einer individuellen Erbgutanalyse unter 1000 US-Dollar fällt. Für eine Technik, mit der dieses "1000-Dollar-Genom" möglich wird, würde die X Prize Foundation zehn Millionen Dollar Preisgeld zahlen. Im Ansatz von Bayley und einigen anderen Forschergruppen steckt Potenzial für eine starke Verbilligung, weil hier auf die herkömmlich verbrauchten Reagenzien und auf Vervielfältigungsschritte der zu analysierenden Erbgutabschnitte verzichtet werden könnte.

Verschiedene gesellschaftliche Gruppen sprechen stattdessen die Gefahren der schnellen Verfügbarkeit individueller Genomdaten an. Sie befürchten etwa, dass eine erkennbare Anfälligkeit für bestimmte Krankheiten Krankenversicherungen verteuern oder Diskriminierungen möglich machen. Eine günstigere und schnellere Sequenzierung individueller Genome halten viele Forscher aber auch deshalb für sinnvoll, da so mehr über das Zusammenspiel von DNA und Umwelteinflüssen bei Krankheiten gelernt werden kann. (jo)

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  • Quellen
Stoddart, D. et al: Single nucleotide discrimination in immobilized DNA oligonucleotides with a biological nanopore”. In: Proceedings of the National Academy of Sciences 10.1073/pnas.0901054106, 2009.

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