Eine relativ junge Methode zur Entschlüsselung eines Genoms könnte dazu beitragen, die Ausbreitung des Coronavirus Sars-CoV-2 besser beobachten zu können. USB-große, sogenannte Nanoporen-Sequenzierer, können an jedem Ort der Erde die DNA auch von Krankheitserregern binnen kürzester Zeit aufzeigen. Eine nun von australischen Forschern entwickelte App ermöglicht zudem eine Auswertung auf einem Smartphone innerhalb einer halben Stunde. Sie macht die Genomik nun auch für abgelegene Regionen, jene mit geringer medizinische Ausstattung und auch für das Krankenhausbett zugänglicher.

Das Sequenziergerät mit Smartphone-Anwendung. - © Ira Deveson/Garvan Institute of Medical Research
Das Sequenziergerät mit Smartphone-Anwendung. - © Ira Deveson/Garvan Institute of Medical Research

"Nicht jeder hat Zugriff auf die für die DNA- und RNA-Analyse erforderlichen Hochleistungs-Computing-Ressourcen, aber die meisten Menschen haben Zugriff auf ein Smartphone", betont Ira Deveson, Leiter der Genomic Technologies Group vom Garvan Institute of Medical Research im australischen Darlinghurst, im Fachblatt "Communications Biology". Eine schnelle Echtzeit-Genomanalyse sei heute wichtiger denn je als zentrale Methode zur Verfolgung der Ausbreitung etwa des Coronavirus.

Erprobte Technologie

Die Technologie ist erprobt. So wurde sie auch schon für die Ebola-Überwachung in Westafrika eingesetzt. Dabei konnte das Auftreten neuer Viren-Stämme nachverfolgt werden. Zum Einsatz kam sie auch schon in der Arktis, um mikrobielle Gemeinschaften aufzuschlüsseln. 2018 hatten sogar Astronauten berichtet, dass sie mit Hilfe von Nanoporen-Sequenzierung Mikroben an Bord der Internationalen Raumstation ISS identifizieren konnten.

Die Analyse solcher Genomsequenzierungsdaten erfordert eine leistungsstarke Berechnung. Wissenschafter müssen die vielen genetischen Buchstabenketten aus den Rohdaten in eine einzige Sequenz zusammenfassen und jene Fälle herausfinden, in denen eine genetische Variation vorhanden ist, die schließlich Aufschluss über die Entwicklung des Virus geben.

Nanoporen-Sequenziergeräte sind seit dem Jahr 2015 auf dem Markt. Dabei müssen die Forscher nicht mehr Millionen von zusätzlichen Kopien der DNA herstellen oder diese mit fluoreszierenden Markierungen kennzeichnen. Es reicht eine Blut- oder Speichelprobe, die mit einer Elektrolytlösung gemischt wird. Diese Mischung wird auf das Gerät aufgetragen, das mit einem Laptop oder dem Handy verbunden ist. Im Inneren entwindet ein Enzym die DNA und führt einen der Stränge durch die Nanopore. Mittels Ionenstrom wird der Durchfluss gemessen und von einer Software analysiert. Mit der nun entwickelten App Genopo wurden Bioinformatik-Tools so miniaturisiert, dass die Analyse mittels Smartphone möglicht wird.

27 Minuten Laufzeit

Die Forscher testeten Genopo an Virusproben, die von neun mit Sars-CoV-2 infizierten Patienten isoliert wurden. Die App benötigte im Durchschnitt 27 Minuten, um die vollständige Genomsequenz aus den Rohdaten zu bestimmen. Das eröffnet die Möglichkeit, eine "Genomanalyse am Point of Care in Echtzeit" durchzuführen, so die Wissenschafter in der Publikation. Sie hoffen, dass dies die Genomik für Forscher zugänglicher macht, um die Informationen der DNA zum Nutzen der menschlichen Gesundheit, einschließlich der aktuellen Corona-Pandemie, einzusetzen. Genopo ist eine kostenlose Open-Source-Anwendung und könnte die Analysemethode weiter effizienter und vor allem alltagstauglicher machen.