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Verwandtschaft von Bakterien am Computer bestimmen

18.03.2010
Wie ähnlich sind sich zwei Bakterien? Repräsentiert ein neu isolierter Bakterienstamm eine neue Art? Die entscheidende Antwort hierauf lieferte bisher die DNA-DNA-Hybridisierung (DDH) im "wet lab", dem nassen Labor, und kann nun zuverlässiger im "dry lab", also am Computer gefunden werden.

Die DDH ist ein pragmatischer Ansatz für den Vergleich von neuen Bakterienisolaten mit bereits bekannten, in Kulturensammlungen hinterlegten Bakterien. Sie galt seit ihrer Einführung in den 1970er Jahren als Maß zur Abschätzung der globalen genetischen Verwandtschaft von Bakterien.

Verwendet wurde sie vor allem deshalb, weil Genomsequenzen kaum zugänglich waren. Mit dem rasanten Fortschritt der Sequenzierungstechniken können nun die "wahren" Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Bakterien direkt gemessen und zur Einordnung in den Stammbaum des Lebens verwendet werden.

"Der Nachteil der DDH-Methode: sie war aufwändig und langwierig.", so PD Dr. Hans-Peter Klenk, Leiter der Abteilung Mikrobiologie an der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ). Der Vergleich von Genomen am Computer soll die Methode der Zukunft sein. Die Wissenschaftler wollen wissen: Wie groß ist die genetische Distanz zwischen zwei Bakterien? In der aktuellen Ausgabe der Standards in Genomic Sciences (www.standardsingenomics.org) vergleichen die Braunschweiger Wissenschaftler in Kooperation mit einem Tübinger Bioinformatiker einige aktuelle Programme zu Berechnung dieser genetischen Distanz.

Bei Vorliegen vollständiger Genomsequenzen liefern mehrere Methoden verlässliche Ergebnisse. Vollständige Genomdaten im Umfang von mehreren Millionen Basenpaaren herzustellen ist jedoch ein sehr mühsames und teures Geschäft, weil unzählige kleine Bruchstücke aneinandergepuzzelt werden müssen. Im wissenschaftlichen Alltag tauchen deshalb vorwiegend unfertig sequenzierte Genome auf. "Wir haben deshalb überprüft, was die aktuellen Algorithmen leisten, wenn die Genome noch unvollständig sind.", erklärt PD Dr. Markus Göker, Bioinformatiker an der DSMZ.

"Zusätzlich haben wir die Berechnungsdauer im Computer berücksichtigt", ergänzt der Tübinger Bioinformatiker Dr. Alexander F. Auch. "Denn auch in der Wissenschaft gilt natürlich: Zeit ist Geld." Welche Methode die besten Ergebnisse liefert, hängt von verschiedenen Faktoren und Einstellungen ab. Wie diese Methoden optimiert werden können, legt das Forscherteam in seiner Publikation ausführlich dar.

Auf Grundlage dessen bieten die Wissenschaftler nun ein spezielles Programm zur Berechnung an: den Genome-to-Genome-Distance-Calculator, kurz GGDC, ein Webserver, auf dem neue Genomdaten mit vorhandenen Datensätzen verglichen werden können. Der Webserver ist online verfügbar unter: http://ggdc.gbdp.org/

Weitere Informationen:
http://www.standardsingenomics.org/index.php/sigen/article/view/sigs.531120 - "Digital DNA-DNA hybridization for microbial species delineation by means of genome-to-genome sequence comparison"
http://www.standardsingenomics.org/index.php/sigen/article/view/sigs.541628 - "Standard operating procedure for calculating genome-to-genome distances based on high-scoring segment pairs"

http://ggdc.gbdp.org/ - Genome to Genome Distance Calculator

Milena Wozniczka | idw
Weitere Informationen:
http://ggdc.gbdp.org/

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