Gendiagnostische Technologien

Die Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction, PCR) ist eine Labormethode, mit deren Hilfe viele Kopien eines Gens oder Abschnitte eines Gens produziert werden können, was die Untersuchung des Gens deutlich erleichtert. Ein spezifischer Abschnitt der Desoxyribonukleinsäure (DNS) kann ebenso wie ein spezifisches Gen im Labor kopiert (amplifiziert) werden. Ausgehend von einem einzigen DNS-Molekül, werden nach 30 Verdopplungen (nur wenige Stunden später) ca. eine Milliarde Kopien produziert.

Durch die Gensondentechnik kann ein spezifischer Teil des Gens (ein Abschnitt der DNS des Gens) oder das gesamte Gen in einem bestimmten Chromosom lokalisiert werden. Durch die Sondentechnik können gesunde oder mutierte DNS-Abschnitte ermittelt werden. Ein DNS-Abschnitt, der geklont oder kopiert werden kann, wird zu einer markierten Sonde, wenn ein radioaktives Atom oder ein fluoreszierender Farbstoff hinzugegeben wird. Die Sonde findet im DNS-Abschnitt ihr exaktes Spiegelbild und verbindet sich damit. Die markierte Sonde kann anschließend durch moderne Mikroskop- und Fotoaufnahmemethoden nachgewiesen werden. Mit Hilfe von Gensonden können eine Reihe von Störungen sowohl vor als auch nach der Geburt diagnostiziert werden. Künftig werden mit Hilfe von Gensonden vermutlich zahlreiche wichtige genetische Störungen gleichzeitig ermittelt werden können.

DNA-Chips sind leistungsfähige Instrumente, die zur Identifizierung von DNA-Mutationen eingesetzt werden können. Mit einem einzigen Chip kann eine einzelne Probe auf Millionen von unterschiedlichen DNA-Veränderungen hin getestet werden. DNA-Mikroarrays werden in genomweiten Assoziationsstudien (GWAS) verwendet, um Varianten zu identifizieren, die zum Krankheitsrisiko beitragen können, indem sie DNA von einer großen Anzahl von Menschen und normalen Populationen vergleichen.

aCGH ist eine Art Mikroarray, das heute routinemäßig verwendet wird, um gelöschte oder duplizierte DNS-Abschnitte in bestimmten Chromosomen zu identifizieren. In diesem Array wird die DNA einer Person anhand von vielen Oligonukleotid-Sonden mit einem Referenz-Genotypen (eindeutige Genkombination eines Menschen bzw. sein eindeutiges Erbgut) verglichen. Unterschiedliche farbige Fluoreszenzfarbstoffe werden der DNA des Patienten und der Referenzprobe zugesetzt. Fehlt ein Abschnitt, ermitteln die Sonden eine verringerte Menge des fluoreszierenden Farbstoffs in der DNS-Probe der Person im Vergleich zur Referenzprobe. Ist ein Abschnitt doppelt oder dreifach vorhanden, ermitteln die Sonden eine erhöhte Menge des fluoreszierenden Farbstoffs in der Patientenprobe im Vergleich zur Referenzprobe. Mit diesen Sonden kann zudem der gesamte Genotyp getestet werden.

Techniken zur Next-Generation-Sequenzierung können durch das Aufbrechen des gesamten Genotyps (oder Genoms) in viele kleine Abschnitte und das Analysieren der DNS-Sequenz einiger oder aller Abschnitte selbst kleinere Teile von Genen und DNS ermitteln. Die Ergebnisse werden anschließend von einem leistungsfähigen Rechner analysiert. Einzelne oder multiple Basenvariationen sowie Bereiche, in denen Basen fehlen oder an falscher Stelle eingefügt sind, können identifiziert werden. Die Kosten dieser Technologie sind signifikant gesunken und fallen weiter. Auch bei der Ausrüstung und den Berechnungsmethoden werden weiterhin Verbesserungen erzielt.

Einige dieser Variationen können Medizinern helfen, genetische Störungen zu diagnostizieren. Techniken der Next-Generation-Sequenzierung sind so empfindlich, dass Mediziner anhand einer Blutprobe von der Mutter die DNS des Fötus ermitteln und diese dann auf das Down-Syndrom hin untersuchen können. Die Fülle an Informationen, die durch die Analyse des Genotyps erzeugt werden, führt jedoch zu einer Vielzahl von Problemen, die es den Ärzten manchmal erschweren, die Ergebnisse zu verstehen und zu interpretieren (z. B. bedeutende Abweichungen von zufälligen oder unwichtigen Abweichungen zu unterscheiden). Trotz dieser Probleme sind diese Techniken zur Hauptstütze für Gentests geworden.