Gentest per Genchip: Ein Durchbruch der Genomanalyse

   

Tausende von genetischen Varianten gleichzeitig analysieren - Genchips kosten wenig und leisten viel. Sie haben entscheidend dazu beigetragen, dass der Zusammenhang zwischen Erbgut und Krankheiten immer klarer hervortritt.

Ein Genchip liefert Informationen in höchster Dichte: Er ist vollgepackt mit Fragmenten von DNA, die als spezifische Sonden dienen und dabei Variationen im Erbgut aufdecken. Dazu drängeln sich bis zu 1,8 Millionen unterschiedliche DNA-Sonden auf einem kleinen Glasplättchen. Moderne Genchips (oder microarrays) erlauben es, das Erbgut eines Menschen bis ins Detail zu analysieren. Die Medizin wusste dies bald zu nutzen: Die genetischen Ursachen von Krankheiten werden nun so gründlich erforscht wie nie zuvor.

Wie funktioniert ein Genchip?

Große Studien, die bis zu 100 000 Menschen umfassen können, analysieren das Erbgut von Patienten, die an unterschiedlichsten Krankheiten leiden. Diese sogenannten Assoziations­studien haben eine Fülle von Erkenntnissen geliefert: 32 000 genetische Varianten wurden mit fast 2000 Krankheiten oder Eigenschaften in Verbindung gebracht. Langfristig soll die Entdeckung dieser Risikofaktoren zu neuen Medikamenten und Therapien führen.

Dank Genchips ist die Analyse des Erbguts heute so günstig, dass sie auch Privat­personen zur Verfügung steht: Gentests können seit einigen Jahren problemlos im Internet geordert werden. Eine Speichelprobe genügt, um nach wenigen Wochen über die genetischen Risikofaktoren Bescheid zu erhalten.

Leuchtende DNA-Fragmente

Das Prinzip der Genomanalyse bleibt dabei gleich, egal ob sie von Wissenschaftlern oder für Privatpersonen durchgeführt wird. Aus den Blut- oder Speichelproben werden zuerst Körperzellen und dann die DNA aufgereinigt. Die DNA wird im Labor vervielfältigt, in kleine Fragmente zerlegt und schließlich an einen Farbstoff gekoppelt.

Die DNA-Fragmente werden auf den Genchip gegeben und binden an die Sonden, die ihrer eigenen Sequenz entsprechen. Computer und Laser sorgen für die Auswertung: Leuchtet ein bestimmter Fleck auf dem Genchip hell auf, wissen die Forscher, dass diese Genvariante in dem untersuchten Erbgut vorkommt.

Vaterschaftstests

Kurze Abschnitte im Erbgut können dazu dienen, Menschen eindeutig zu identifizieren.

Die Analyse bleibt aber indirekt: Untersucht wird nicht das Gen selbst, sondern verräterische Markierungen auf dem Genom - die single nucleotide polymorphisms (SNPs). SNPs sind geringe Abweichungen von der vorherrschenden Genom­sequenz, die meist gar nicht in den Genen selber liegen. Aber aufwändige Untersuchungen von hunderten menschlichen Genomen haben gezeigt, dass SNPs und Genvarianten gleich­zeitig miteinander vererbt werden. SNPs dienen daher als Marker für die genetische Vielfalt.

Genchips bald veraltet?

Der Nutzen der SNPs für die Forschung bleibt dennoch eingeschränkt. Oftmals sind SNPs mit mehren Genen verbunden, und die Wissenschaftler müssen erst noch mühsam die krankheitsauslösenden Varianten aufspüren. Und selbst dann ist nicht klar, welche Prozesse die Genmutationen auslösen und ob eine Vorbeugung möglich ist. Für Privatpersonen liefert ein Internet-Gentest also vorerst kaum brauchbare Aussagen.

In Zukunft wird wohl eine andere Methode zum Standard werden: die direkte Sequenzierung des Genoms. Diese liefert erheblich mehr Information, und die Kosten betragen mittlerweile nur noch etwa 1000 US Dollar pro Genom. Im Jahr 2015 wurde erstmals eine große Assoziationsstudie veröffentlicht, die allein auf Sequenzierungen beruhte1. Und mittlerweile können sogar Privatpersonen ihr eigenes Erbgut sequenzieren lassen. Vielleicht wird es bald Routine, bei der Geburt eines Menschen sofort dessen gesamtes Erbgut zu analysieren. Spätestens dann wird der Genchip eine veraltete Technik sein.

1 Cirulli et al., Exome sequencing in amyotrophic lateral sclerosis identifies risk genes and pathways, Science 2015 (link)

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Kurz und knapp

  • Genchips oder microarrays können hunderttausende Genvarianten bestimmen
  • analysiert werden meist nicht die Gene selbst sondern Markierungen im Genom - die SNPs
  • die Medizin versucht intensiv, mit Genchips die erblichen Ursachen von Krankheiten zu erforschen