Technologien

Wir verbinden fachliches Wissen mit modernsten Technologien

Wissenschaftlerin arbeitet im Labor fĂŒr humangenetische Diagnostik mit NovaSeq 6000 SequenziergerĂ€ten

Welche Technologien werden eingesetzt?

Der Humangenetik steht heute ein großes Methodenspektrum zur VerfĂŒgung. Mit zunehmendem technischem und wissenschaftlichem Fortschritt wĂ€chst auch die Anzahl möglicher diagnostischer Pfade von Jahr zu Jahr. Die modernen Methoden der Next-Generation-Sequenzierung machen es möglich, durch parallele Analysen aller im Zusammenhang mit einer Erkrankungsgruppe bekannter Gene, zeit- und kosteneffizient zur zugrundeliegenden Diagnose zu gelangen. Unsere hauseigenen NovaSeq 6000 können innerhalb kĂŒrzester Zeit große Mengen an Probenmaterial sequenzieren. Im Rahmen unserer Diagnostik-Panels haben wir standardisierte AblĂ€ufe fĂŒr viele verschiedene Erkrankungen etabliert und setzten Auswertungsschwerpunkte, die Sie frei wĂ€hlen können. Gerne können diese Gen-Sets nach RĂŒcksprache ohne zusĂ€tzlichen Sequenzieraufwand und Zeitverlust um weitere Gene ergĂ€nzt werden.

Wir fĂŒhren jeden Schritt des Prozesses vom Probeneingang bis zum Befundversand eigenhĂ€ndig durch. Gerne beantworten wir Ihre Fragen und unterstĂŒtzen Sie bei der Diagnosestellung Ihrer Patientinnen und Patienten. Wir freuen uns auf eine gute Zusammenarbeit und hoffen, auch Sie, wie viele Ärztinnen und Ärzte vor Ihnen, durch unsere zuverlĂ€ssige QualitĂ€t ĂŒberzeugen zu können.

Das Next Generation Sequencing stellt das technologische KernstĂŒck der Diagnostik im Zentrum fĂŒr Humangenetik TĂŒbingen dar.

NEXT GENERATION SEQUENCING (NGS)

Das Next Generation Sequencing stellt das technologische KernstĂŒck der Diagnostik im Zentrum fĂŒr Humangenetik TĂŒbingen dar. Kaum eine Technologie hat die genetische Diagnostik in so kurzer Zeit derart eingehend geprĂ€gt. Seit ĂŒber 10 Jahren setzen wir daher NGS fĂŒr unsere Patientinnen und Patienten ein – und sind damit Pioniere in der Nutzung dieser Technologie in der Diagnostik. Das Zentrum fĂŒr Humangenetik TĂŒbingen kann aktuell auf bis zu sieben Illumina NovaSeq 6000 GerĂ€ten sequenzieren lassen. Mit der CeGaT GmbH haben wir einen starken und verlĂ€sslichen Partner an unserer Seite. Dabei vereint die Illumina SBS (sequencing by synthesis) Technologie mit short reads in idealer Weise die AnsprĂŒche an Daten zur diagnostischen Nutzung: Eine hohe QualitĂ€t im hohen Durchsatz bei angemessenen Kosten. Die hauseigene Bioinformatik erlaubt uns, das Beste aus den Daten herauszuholen. Egal ob Sequenzierlabor oder Variantencalling und CNV Berechnung – Expertise und QualitĂ€t machen den Unterschied.

Das Next Generation Sequencing stellt das technologische KernstĂŒck der Diagnostik im Zentrum fĂŒr Humangenetik TĂŒbingen dar.

Somatische Diagnostik bei Tumorerkrankungen

Tumore sind genetische Erkrankungen. Tumorzellen tragen genetische VerĂ€nderungen, die ungebremstes Wachstum begĂŒnstigen und die in normalen Zellen dieses Gewebetyps nicht vorkommen. Man spricht von somatischen Mutationen (soma = im Körper) im betroffenen Gewebe. Da diese Mutationen nicht nur den Treiber fĂŒr ungebremstes Wachstum darstellen, sondern oft auch Ansatzpunkte fĂŒr Therapien reprĂ€sentieren, ist der Tumor-Normal Abgleich die effizienteste Methode zur sicheren Detektion von somatischen Mutationen. HierfĂŒr wird eine Probe des Tumors und (meist) eine Blutprobe parallel sequenziert und die Ergebnisse verglichen. Alle genetischen VerĂ€nderungen, die nur im Tumor, nicht jedoch im Blut (als normales, gesundes Kotrollgewebe) vorkommen, sind Ziel der somatischen Diagnostik. Manche Tumormutationen tauchen immer wieder auf in denselben Geweben bei unterschiedlichen Patientinnen und Patienten. Diese typischen Treibermutationen sind gut charakterisiert. Eine Analyse, die exakt auf diese VerĂ€nderungen abzielt, kann auch ohne Tumor-Normal Abgleich erfolgreich durchgefĂŒhrt werden.

Molekularpathologische Tumordiagnostik zur Ermittlung entitÀtsspezifischer Treibermutationen
Molekularpathologische Tumordiagnostik zur Ermittlung entitÀtsspezifischer Treibermutationen
Mittels Array-CGH und sWGS kann am Zentrum fĂŒr Humangenetik eine genomweite Detektion grĂ¶ĂŸerer CNVs erfolgen.
Mittels Array-CGH und sWGS kann am Zentrum fĂŒr Humangenetik eine genomweite Detektion grĂ¶ĂŸerer CNVs erfolgen.

CNV (KopienzahlverÀnderungen)

Neben dem Nachweis von ursĂ€chlichen Sequenzvarianten ist die Detektion von genomischen Zugewinnen (Duplikationen) und Verlusten (Deletionen) in der Diagnostik unabdingbar. Solche „copy-number-variations (CNVs)“ können einzelne Exons, aber auch grĂ¶ĂŸere chromosomale Abschnitte betreffen.

Je nach diagnostischer Anforderung stehen fĂŒr den Nachweis solcher CNVs am Zentrum fĂŒr Humangenetik TĂŒbingen verschiedene Untersuchungsmethoden zur VerfĂŒgung. Mittels Array-CGH und sWGS kann eine genomweite Detektion grĂ¶ĂŸerer CNVs erfolgen (Auflösung >=50kb). Ein gezielter Nachweis relevanter Zugewinne oder Verlust auf Genebene kann mittels MLPA-Verfahren oder der quantitativen PCR (qPCR) erfolgen. GrundsĂ€tzlich wird bei der Exomsequenzierung am Zentrum fĂŒr Humangenetik TĂŒbingen ein NGS-basiertes CNV-calling durchgefĂŒhrt. Hierbei erfolgt der Nachweis von CNVs durch den Vergleich der Abdeckung (coverage) der diagnostischen Probe mit einem Referenzdatensatz.

All diese Methoden weisen eine unterschiedliche Auflösung, SensitivitÀt und SpezifitÀt auf. Je nach diagnostischer Fragestellung findet die Methode Anwendung, die am besten geeignet ist, den Fall zu lösen.

Sanger Sequenzierung

Seit fast 50 Jahren im Dienst und noch immer diagnostisch relevant – die Sanger Sequenzierung. Diese Methode wird vor allem angewandt, wenn nur ein kleiner Teil des Erbgutes analysiert werden muss. Daher wird diese Technologie fĂŒr Segregationsanalysen bekannter familiĂ€rer pathogener Varianten herangezogen, oder wenn das klinische Bild einer Patientin oder eines Patienten den Verdacht auf ein einzelnes Gen lenkt. Bei der Kettenabbruchsynthese wird mit fluoreszenzmarkierten DNA-Bausteinen gearbeitet (Dye-Terminator-Basen), die mittels einer PCR viele Fragmente zufĂ€lliger LĂ€nge aus der Matrize der Patienten-DNA erzeugen. Mittels Kapillargelelektrophorese (ABI 3730) werden diese Fragmente der LĂ€nge nach aufgetrennt und die Fluorophore optisch detektiert. Aus diesem Lichtmuster lĂ€sst sich die Sequenz der Patienten-DNA zusammensetzen. Dabei werden typischerweise Leseweiten von 600-1500 Basenpaaren erreicht. Ein Abgleich der Sequenz der Patienten-DNA mit einer unverĂ€nderten Wildtyp-Sequenz fördert individuelle Unterschiede (Varianten) zutage, die die Ursache fĂŒr eine Erkrankung darstellen können.

Die Sanger Sequenzierung wird vor allem angewandt, wenn nur ein kleiner Teil des Erbgutes analysiert werden muss.
Die Sanger Sequenzierung wird vor allem angewandt, wenn nur ein kleiner Teil des Erbgutes analysiert werden muss.
Am Zentrum fĂŒr Humangenetik werden verschiedene Untersuchungen der gĂ€ngigen Repeat-Erkrankungen mit hausintern entwickelten und validierten Tests angeboten.
Am Zentrum fĂŒr Humangenetik werden verschiedene Untersuchungen der gĂ€ngigen Repeat-Erkrankungen mit hausintern entwickelten und validierten Tests angeboten.

Repeat-Analysen

Repeat-Erkrankung stellen vor allem bei neurodegenerativen und neuromuskulĂ€ren Erkrankungen eine hĂ€ufige Krankheitsursache dar. Meist handelt es sich dabei um Expansionen (VerlĂ€ngerung des Repeats), sich wiederholender Triplets der DNA (z.B. die Basenfolge „CAG“) innerhalb eines krankheitsrelevanten Gens. Seltener sind auch lĂ€ngerer Motive wie Pentamere (5 Basen) oder Dodecamere (12 Basen) in bestimmten Genen krankheitsursĂ€chlich expandiert. Diese VerĂ€nderungen können zwar methodisch bedingt nicht durch die Hochdurchsatz-Sequenzierung erfasst werden, wir bieten aber eine Untersuchung mittels „Repeat-ĂŒberspannender PCR“ und/oder mittels „Repeat-Primed PCR“ als FragmentlĂ€ngenanalyse an. Wir bieten verschiedene Untersuchungen der gĂ€ngigen Repeat-Erkrankungen mit unseren hausintern entwickelten und validierten Tests an.

High-Sensitivity Mutationsanalysen

In manchen FĂ€llen ist eine Biopsie (Entnahme von Tumor-Material) nicht ohne weiteres möglich, z. B. weil der Tumor an einer besonders schlecht zugĂ€nglichen Stelle liegt oder nicht ohne Gefahr fĂŒr die Patientin oder den Patienten operiert werden kann. In solchen FĂ€llen kann man versuchen, die Mutationen des Tumors mittels einer Liquid Biopsy (FlĂŒssig-Biopsie) dennoch zu analysieren. Hierbei macht man sich die Tatsache zunutze, dass Tumore oft bedingt durch ihr starkes Wachstum und den Angriff des Immunsystems auf die Tumorzellen eine höhere Rate an Zellverlusten erleiden, als dies fĂŒr gesundes Gewebe typisch ist. Dabei geben die untergehenden Tumorzellen genetisches Material (DNA) in die Umgebung frei. Durch den Blutstrom wird diese als zellfreie Tumor-DNA bezeichnete Erbinformation des Tumors im Körper verteilt und ist fĂŒr die genetische Diagnostik nutzbar. Durch spezielle Probenröhrchen, die helfen, diese zellfreie DNA zu stabilisieren, und ein darauf abgestimmtes Isolationsverfahren kann die zellfreie DNA sequenziert werden – ohne den Tumor selber direkt biopsieren zu mĂŒssen. Das Probenmaterial ist hierbei eine normale Blutprobe, wie sie fĂŒr andere Zwecke oft von Ärztinnen und Ärzten entnommen wird. Neben Blut, kann zellfreie Tumor-DNA auch aus anderen KörperflĂŒssigkeiten gewonnen werden, wie z. B. Nervenwasser (Liquor) oder Ascites.

Da die Mengen an zellfreier DNA oftmals sehr viel geringer sind, als die bei klassischen Biopsaten isolierbare Menge, besteht die Möglichkeit, ĂŒber ein spezielles Sequnzierverfahren Tumor-Mutationen auch in kleinsten Mengen nachzuweisen (0,25 % Frequenz-Anteil). Hierbei wird eine besonders tiefe Abdeckung der Zielbereiche angestrebt und spezielle AdaptermolekĂŒle verhindern eine AnhĂ€ufung von technisch bedingten Fehlern in der Probenaufbereitung. Die so durchfĂŒhrbare Sequenzierung ist um den Faktor 20 sensitiver, als eine herkömmliche „Next Generation Sequencing“ Analyse. Sie beschrĂ€nkt sich aber auf einen kleineren, vordefinierten Bereich mit hĂ€ufig auftretenden Treibermutationen (Hotspots).

Im Rahmen einer genetischen Diagnostik zur Ermittlung einer seltenen Erkrankung erhalten Sie eine ErklĂ€rung der genetischen Diagnose, eine Prognose des Erkrankungsverlaufs, Therapieoptionen je nach molekulargenetischer Ursache, Kontaktherstellung zu klinischen Studien oder Selbsthilfeorganisationen, sowie einen Überblick ĂŒber mögliche Konsequenzen fĂŒr Familienmitglieder.
Im Rahmen einer genetischen Diagnostik zur Ermittlung einer seltenen Erkrankung erhalten Sie eine ErklĂ€rung der genetischen Diagnose, eine Prognose des Erkrankungsverlaufs, Therapieoptionen je nach molekulargenetischer Ursache, Kontaktherstellung zu klinischen Studien oder Selbsthilfeorganisationen, sowie einen Überblick ĂŒber mögliche Konsequenzen fĂŒr Familienmitglieder.

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