Eines der wichtigsten Instrumente im Kampf gegen die Corona-Pandemie sind vielfältige Testverfahren, die für bestimmte Einsatzgebiete optimiert sind. Ein Forscherteam des Instituts für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (IMBA) und des Forschungsinstituts für Molekulare Pathologie (IMP) hat nun ein innovatives Verfahren entwickelt, das es ermöglichen könnte, sehr große Personengruppen rasch und sensitiv auf SARS-CoV-2 - aber auch weitere Infektionen wie etwa Grippe - im Hochdurchsatz zu testen.
Mit dem vollautomatischen Nachweisverfahren namens SARSseq lassen sich Proben besonders vieler Personen gleichzeitig verarbeiten: bis zu 36.000 pro Durchlauf. Das Nadelöhr verschiebt sich damit aus dem Labor zur Logistik für die Probenentnahme.
Die zugrundeliegende Technologie „Next Generation Sequencing“ (NGS) wird in der Grundlagenforschung eingesetzt, um etwa die Millionen Basenpaare des menschlichen Genoms über Nacht zu sequenzieren. Zum Nachweis von SARS-CoV-2 reicht die Bestimmung weniger hundert Basenpaare. Dieser Umstand lässt sich nutzen, um mittels NGS alle Proben in nur einem Durchlauf zu untersuchen, was eine erhebliche Kostenreduktion mit sich bringt: pro Probe kostet die Sequenzierung selbst dann nur noch wenige Cent, die gesamte Analyse unter 5 Euro.
Eine Herausforderung bei der gleichzeitigen Verarbeitung einer sehr hohen Anzahl an Proben ist es, unterschiedliche Personen voneinander zu unterscheiden. „Mit den etablierten Methoden wird es sehr kostspielig, die Tests auf das für die Eindämmung der Pandemie erforderliche Niveau auszuweiten. Wir haben einen Weg gefunden, wie so eine Skalierung ohne Verschlechterung bei Sensitivität und Spezifität erreicht werden kann,“ erklärt Luisa Cochella (IMP). Das neue Protokoll verwendet speziell entworfene, eindeutige DNA-Barcodes als Markierungen, um individuelle Proben voneinander zu unterscheiden und somit Zehntausende verlässlich und gleichzeitig in einem Sequenzierroboter zu analysieren.
Eine einzige Sequenzierung mit moderner Technik produziert bis zu 400 Millionen Sequenzen. Schreibt man eine Sequenz auf jede Seite, so entspräche das einem Buch von 40 Kilometern Dicke - dafür ist auch gewaltige Rechenleistung notwendig. Bioinformatikexperte Alexander Stark (IMP) erstellte hierfür ein eigens zugeschnittenes Computerprogramm, das die gewaltige Datenmenge innerhalb von Minuten liest und auswertet.
Die Forscherinnen und Forscher verweisen darauf, dass ihr Verfahren nicht nur Corona erfasst, sondern gleichzeitig Influenza und Rhinoviren - Verursacher der Grippe und grippaler Infekte. Nicht zuletzt darin liege das Potential der Methode, denn: "Wir hoffen dazu beitragen zu können, vielen Menschen die Sorge vor einer Covid-19 Erkrankung durch klare Aussagen zur Krankheitsursache zu nehmen," sagt Ulrich Elling. "NGS könnte damit auch Grundlage für das Monitoring der Zukunft für ganz unterschiedliche Infektionskrankheiten werden."
Preprint der aktuellen Studie: www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.10.28.20217778v1.full.pdf
IMBA: https://www.imba.oeaw.ac.at/
AGES: https://www.ages.at/
AGES: Gesamtgenomsequenzierung
Kontakt
IMP – Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie
Dr. Benedikt Mandl
+43 664 80847-3627
benedikt.mandl@imp.ac.at
IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
Mag. Ines Méhu-Blantar
Senior Communications Officer
M: +43 664 808473628
E.: ines.mehu-blantar@imba.oeaw.ac.at