Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Großer Fischzug im „DNA-Teich“

14.10.2014

Forscher des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) um Alex Greenwood publizieren in PLOS ONE einen simplen Weg, um das Erbgut einer Lebensform aus dem Gemisch von Genomen mehrerer Organismen herauszuangeln.

Welcher Virus plagt den Elefanten? Welcher Bakterien-Typ löst schwere Lungenerkrankungen bei Europäischen Feldhasen aus? Molekularbiologische Analysen von Gewebeproben stellen Forscher immer wieder vor das gleiche Problem: Wie fischt man gezielt nur das Genom eines Krankheitserregers aus dem Erbgut-Gemisch des Patienten und seiner mikrobiellen Mitbewohner? „Sehr einfach“, sagt Alex Greenwood vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) in Berlin.


Selbst aus Knochen von Museumstieren lässt sich das Erbgut rekonstruieren.

Fotos: IZW/Daniel Zupanc, CERoPath

„Wir bieten dem aufbereiteten DNA-Gemisch eine kurze einzelsträngige Basensequenz quasi als Wurm an. Darauf ‘beißt‘ nicht nur die komplementäre Sequenz an, sondern nach und nach viele weitere angrenzende Abschnitte.“ Es bedarf nicht einmal einer neuen Methode dafür. Die sogenannte „Hybridisation Capture Technik“ bietet bereits alles, was nötig ist. Lediglich auf die anschließende Datenanalyse kommt es an.

Durch Zufall entdeckte Greenwoods Doktorand Kyriakos Tsangaras den zusätzlichen Nutzen von Hybridisation Capture. Diese Technologie basiert auf winzigen magnetischen Kügelchen, an die kurze zielspezifische Sequenzen von wenigen Basenpaaren (Oligonucleotide) gebunden werden.

Werden die so bestückten Kügelchen nun in einen Proben-Mix aus einzelsträngigen DNA-Fragmenten gegeben, docken nur die gesuchten komplementären Sequenzen an und kurze doppelsträngige DNA-Abschnitte entstehen. Mit einem Magneten werden die Kügelchen nun wieder aus der Probe gezogen und nicht angedockte Fragmente abgespült. Dann werden die kurzen Doppelstränge von den Magneto Beads gelöst und sequenziert.

Tsangaras wollte eigentlich nur eine bestimmte Sequenz der in Mitochondrien enthaltenen DNA verschiedener südostasiatischer Nagetiere vergleichen. Dafür setzte er eine rund tausend Basenpaare lange Sequenz zum Einfangen (Capturing) von DNA ein. „Ja, wir haben die Sequenz“, berichtete er anschließend Greenwood. „Aber noch sehr viel mehr!“

Die Analyse der Sequenzen und der Abgleich mit Referenzdaten ergab, dass er das komplette Mitochondrien-Genom eines Nagers aus dem „DNA-Teich“ gefischt hatte. Das ergibt überhaupt keinen Sinn, war Greenwoods erster Gedanke. Kontrollversuche brachten jedoch das gleiche verblüffende Ergebnis. Greenwood bat Tom Gilbert vom Center of GeoGenetics in Kopenhagen bei der Analyse des Phänomens um Mithilfe. Verschiedene Theorien wurden aufgestellt und wieder verworfen. Übrig blieb das Naheliegenste – es musste eine Kettenreaktion gegeben haben.

„Bildlich gesprochen biss zuerst der gesuchte Fisch an – die komplementäre Oligonucleotidsequenz dockte an. Dann biss ihm ein zweiter quasi in den Schwanz, diesem ein dritter und so weiter.“ In der Probe hatte es vor der Aufbereitung einmal intakte Doppelhelices gegeben, die nun in Fragmenten mit unterschiedlichen Längen vorlag. Da einzelsträngige DNA die Fähigkeit hat, sich spontan mit dem komplementären Strang zu verbinden, passierte einfach folgendes: Nachdem das komplementäre Fragment aus Strang A an den „Köder“ gebunden hatte, heftete sich nun das angrenzende Gegenstück aus Strang B an das heraushängende Ende. Daran wieder eines von A, dann von B, von A... und so weiter.

Das ist so simpel und im Grunde schon Schulbuchwissen: Warum hat das zuvor niemand beobachtet? „Wer nur Tausend Basenpaare sucht, schaut meist nur nach, ob er sie gefunden hat. Alles was außerdem entsteht, wird meist als Schrott abgetan“, sagt Greenwood. „CapFlank“ nannten die Autoren diesen „Beifang“-Prozess, bei dem ein einzelnes DNA-Fragment in einer Kettenreaktion überlappende benachbarte Sequenzen einfängt. Mit einem ganz kleinen Fragment lässt sich also sehr viel genetische Information gewinnen.

CapFlank eröffnet ganz neue Möglichkeiten, zum Beispiel bei der genetischen Analyse von Krankheitserregern. „Wir können kurze konservierte Gensequenzen nutzen, um das Genom (oder zumindest große Teile) von krankheitserregenden (Pathogenen)-Varianten, etwa von Influenzaviren, oder ganz neuen Erregern zu gewinnen“, erklärt Greenwood. Sein Team will nun zunächst nach einfachen und gut-beschriebenen DNA-Viren wie dem Elefanten-Herpes-Virus angeln.

Selbst für stark fragmentierte alte DNA, etwa aus Knochen von Museumstieren, die häufig von Mikroben- und menschlicher Erbsubstanz stark verunreinigt ist, eignet sich die Methode, wie Greenwoods Mitarbeiter an Proben ausgestopfter Museumskoalas zeigen konnten. Am besten funktioniert CapFlank allerdings bei frischer DNA. Von dem Darmbakterium Escherichia coli aus einer menschlichen Urinprobe fischten die Forscher 90 Prozent des Genoms am Stück heraus.

Publikation:
Tsangaras K, Wales N, Sicheritz-Pontén T, Rasmussen S, Michaux J, Ishida Y, Morand S, Kampmann M, Gilbert MTP, Greenwood AD (2014): Hybridization capture using short PCR products enriches small genomes by capturing flanking sequences (CapFlank). PLOS ONE, PONE-D-14-23770R2 10.1371/journal.pone.0109101

Kontakt:
Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW)
in Forschungsverbund Berlin e.V.
Alfred-Kowalke-Str. 17
10315 Berlin
Presseanfragen:
Steven Seet, +49 30 5168 125, seet@izw-berlin.de
Anke Schumann, +49 30 5168 127, schumann@izw-berlin.de
Wissenschaftliche Fragen:
Prof. Alex D. Greenwood, +49 30 5168 255, greenwood@izw-berlin.de

Weitere Informationen:

http://www.izw-berlin.de

Gesine Wiemer | Forschungsverbund Berlin e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kupferhydroxid-Nanopartikel schützen vor toxischen Sauerstoffradikalen im Zigarettenrauch
30.03.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung
30.03.2017 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE