Bahnbrechende Methode zur Genanalyse von Hefezellen entdeckt

Das Team um Prof. Dr. Aimée Dudley vom ISB und Dr. Patrick May vom LCSB hat seine Ergebnisse am 12. Mai in dem renommierten Wissenschaftsjournal „Nature Methods“ publiziert. Die Wissenschaftler beschreiben darin eine Methode, die sie BEST getauft haben: Barcode Enabled Sequencing of Tetrads, oder zu Deutsch: Barcode vermitteltes Sequenzieren von Tetraden (DOI: 10.1038/nmeth.2479).

Bäckerhefe ist einer der am wirkungsvollsten und häufigsten in der Genforschung eingesetzte Modell-Organismen. An den Hefezellen kann insbesondere eine Technik angewandt werden, die als Tetraden-Analyse bezeichnet wird: Die Paarung zweier Zellen führt zu vier Nachkommen – oder Sporen – in der nachfolgenden Generation, die aneinander haften und eine so genannte Tetrade bilden. Um diese Nachkommenschaft genetisch analysieren zu können, müssen die Sporen einer Tetrade voneinander getrennt werden. Die Methode, die dabei zum Einsatz kommt, ist sehr arbeitsaufwändig und hat sich in den vergangenen 75 Jahren nicht grundsätzlich geändert. Es wurden zwar verschiedene Anläufe unternommen, diesen manuellen Prozess zu umgehen. Mit keiner der neuen Methoden konnte jedoch sichergestellt werden, dass eine wesentliche Information erhalten blieb: Welche Sporen aus einer gemeinsamen Tetrade entstammen.

Das Team aus ISB- und LCSB-Forschern hat nun eine Technik entwickelt, die genau das sicherstellt und etliche hundert Mal schneller als die manuelle Trennung der Tetraden ist. Zunächst werden zwei DNA-Sequenzen in die Zellen eingefügt – zum einen eine kurze, als Barcode bezeichnete Sequenz, die Sporen aus ein und derselben Tetrade kennzeichnet und zum anderen ein GFP-Reporter-Gen, das für ein „Grün-fluoreszierendes Protein“ codiert.

Mit dem GFP-Reporter können die Wissenschaftler mit Hilfe von FACS (Fluorescence activated cell sorting) Tetraden von anderen Hefezellen trennen. Anschließend werden die jeweils vier Sporen einer Tetrade durch eine enzymatische Reaktion voneinander getrennt, so dass sie sich als Einzelzellen weiterentwickeln und vermehren können. Danach werden die Barcodes sowie 2 bis 3 Prozent jedes individuellen Genoms der Einzelsporen sequenziert. Mit der gewonnenen Information kann dann der genaue Familienstammbaum auf einfache Weise rekonstruiert werden.

„Um Gene zu identifizieren, die für komplexe Erbmerkmale verantwortlich sind, braucht man eine riesige Zahl an Nachfahren und eine enorme Menge an DNA-Sequenzierungen“, sagt Patrick May: „Unsere neue BEST- Methode verbindet die Stärken eines der Goldstandards genetischer Analysetechniken mit der Ultra-Hochdurchsatz-Genomsequenzierung auf eine sehr effiziente Art und Weise: Wir können jetzt genetische Fragestellungen untersuchen können, die uns bisher nicht zugänglich waren.“

Ludlow, C.L., Scott, A.C., Cromie, G.A., Jeffery, E.W., Sirr, A., May, P., Lin J., Hays, M., Gilbert, T., Dudley, A.M. (2013) High-throughput Tetrad Analysis. Nature Methods, 2013

Link zur Publikation: http://www.nature.com/nmeth/journal/vaop/ncurrent/full/nmeth.2479.html