Long Read DNA Sequenzierer - PromethION24

Für die Genomanalyse benötigt das Institut für Humangenetik einen neuen Gerätetyp, um eine Long Read DNA-Sequenzierung durchführen zu können. Die vorhandenen Gerät ermöglichen bisher nur eine Short-Read-Sequenzierung. Für die genetische Diagnostik des Universtitätsklinikums Essen stellt dies einen entscheidenden Fortschritt in der Differenzialdiagnostik seltener Erkrankungen dar. Im Gegensatz zu anderen Geräten wird bei der Nanopore Technologie die DNA- bzw. Nukleinsäuresequenz direkt durch eine elektrische Potentialänderung bei der Passage durch eine biologische Pore gemessen. Dieser Umstand, dass direkt die nativ im Ausgangsmaterial vorliegenden Nukleinsäure-Stränge in einem so grundlegend wie möglichen Zustand gemessen werden können, ist ein Alleinstellungsmerkmal der Nanopore-Techonlogie. Insbesondere die nativ vorliegenden epigenetischen DNA-Veränderungen sind damit ebenfalls in ihrem grundlegenden Zustand erfassbar. Neben dem haupt-sächlich bekannten 5-methyl-Cytosin sind auch zahlreiche weitere DNA-Modifikationen darstellbar. Des Weiteren ermöglicht die Nanopore-Technologie ebenfalls die direkte Sequenzierung nativer RNA-Moleküle, die ein noch breiteres Modifikations-Spektrum als DNA aufweisen, lassen sich auch nativ vorliegende RNA-Nukleinsäure stränge gleichfalls messen. Bei anderen Long-Read Sequenzierungstechnologien müssen bis zur eigentlichen Messung der Nukleinsäure-Sequenz Zwischenschritte erfolgen. Der native Nukleinsäure-Strang wird entweder vor der Messung durch eine Polymerase-katalysierte Strangsynthese bzw. Amplifikation deriviert, bzw. erfolgt auch die eigentliche Messung zwingend im Rahmen der Polymerase-katalysierten Generierung eines derivativen komplementären DNA-Strangs, welches mit einer Fluoreszenzreaktion gekoppelt ist. Somit gehen zwingend die bestehenden biochemischen Eigenschaften des nativ vorliegenden DNA-Fragments, und damit möglicherweise relevante Information, verloren. Das Spektrum der detektierbaren DNA-Modifikationen ist durch die zwingende Nutzung einer Polymerase sehr beschränkt, zumeist auf 5-methyl-Cytosin. Die Nanopore-Messung ermöglicht es des Weiteren auch, Nukleinsäurefragmente von bis zu 100 kb Länge zu messen. Diese sind für ein so genanntes "Haplotype Scaffolding", und das damit mögliche Phasing der Varianten über weite Bereiche des Genoms, bzw. auch in schwer zugänglichen Bereichen Genomes mit hochkomplexer Struktur (zB durch Repeat-, segmentale Duplikations- und Pseudogenbereiche) und hoher Variabilität in der Bevölkerung, unerlässlich. Andere Long-Read Sequenzierungstechnologien ermöglichen zwar ebenfalls ein Varianten-Phasing in bestimmten Genregionen, aufgrund der beschränkteren Sequenzlängen (< 25 kb) sind die Größen der Bereiche über welche ein Phasing gelingt, jedoch wesentlich kürzer und erheblich anfälliger für die Problematiken in den o.g. hochkomplexen Genom-Bereichen. Das ProtmethION 24 arbeitet mit 24 individuellen Flow-Cells, so dass 24 unabhängige Sequenzierläufe gleichzeitig ausführbar sind. Dies sind 6x mehr Flow-Cells als bei dem Einsatz anderer Modelle. Selbst wenn man die 3x längere Laufzeit einer Sequenzierung berücksichtig hat man eine doppelte Nutzungskapazität. Da die Flow-Cells unabhängig voneinander gestartet werden können ist eine sehr flexible Nutzung möglich, was bei variablen Probenaufkommen und besonders bei zeitkritischen Analysen von Vorteil ist. Pro Flow-Cell kann dabei ein humanes Genom sequenziert werden. Die Sequenzierung und Datenanalyse können simultan erfolgen, was Rapid-Response-Analysen ermöglicht, z.B. bei kritischen Neonatalfällen. Das PromethION 24 ist ein echtes Hochdurchsatz-Benchtop-Sequenziergerät, das sich nahtlos in jede Standardlaborumgebung integrieren lässt. Mit kompakten Abmessungen von H 190 × B 590 × T 430 mm und einem Gewicht von nur 23 kg erfordert es weder speziellen Bodenraum noch verstärkte Infrastruktur oder aufwendige Installationsmaßnahmen. Sein leichtes, modulares Design ermöglicht eine schnelle Inbetriebnahme, flexible Platzierung auf vorhandenen Laborbänken und eine einfache Umsetzung bei Bedarf - und reduziert damit erheblich die Anforderungen an Einrichtung, Logistik und Be-trieb, während es gleichzeitig leistungsstarke, skalierbare Sequenzierleistung bietet. Eine vernünftige Alternative oder Ersatzlösung im Sinne des § 14 Abs. 6 VgV ist nicht ersichtlich. Aus diesem Grunde kommt für die Beauftragung allein die Firma Oxford Nanopore Technologies in Betracht.