Phi X als Versuchsobjekt

5000 Basenpaare umfasst die DNA des Phi-X-Virus. Schon aus historischer Sicht war dieser das geeignetste Versuchsmaterial für den Sequenzer-Stick, der von Nanopore vergangenen Freitag auf der Fachtagung «Advances in Genome Biology and Technology» in Florida präsentiert wurde. Denn das Erbmaterial des Virus ist das erste, das je vollständig entschlüsselt wurde. Ein Prozess, der von MinION in wenigen Sekunden abgewickelt wurde.

Ähnlich flott verspricht das Gerät auch bei anderen, eher simplen Lebewesen - wie anderen Viren und Bakterien - zu arbeiten. Doch auch mit umfangreicheren Genomen soll er umgehen können, braucht dafür jedoch entsprechend länger.

Enzym spaltet Erbgut auf

Zum Auslesen wird die jeweilige DNA in einer Lösung platziert. Darin befindliche Enzyme binden sich an die Enden der beiden Stränge. Durch das Zuführen von Spannung sammeln sich die Enzyme und die Genomstränge in kleinen, gerade einmal zehn Mikrometer dünner «Brunnen» am Boden der Flüssigkeit.

In diesen Löchern befindet sich jeweils eine modifizierte Version des Alpha-Hämolysin-Proteins (AHL). Die an die DNA-Ketten angebundenen Enzyme hängen sich an dieses an und beginnen in Folge, das Erbgut aufzuspalten und jeweils eine Kette in ein rohrförmiges Loch im AHL zu schleusen. Dies erzeugt bei jeder einzelnen Base eine unterschiedliche Spannungsvarianz. Diese wird von MinION erfasst und der Reihe nach ausgelesen, bis der Strang vollständig dekodiert ist.

Nanopore arbeitet nun an einer leistungsfähigeren, grösseren Ausgabe des Geräts. Dieses trägt den Namen GridION und soll den Prozess noch schneller abwickeln und grössere Genome verarbeiten können. Das derzeitige Limit liegt bei 10'000 Basenpaaren.

Marktstart noch 2012

Die Arbeitsweise des wissenschaftlichen Gadgets bietet zwei grosse Vorteile im Vergleich zu üblichen Verfahren. So kann MinION die Stränge auf einmal verarbeiten, während sie sonst in kleinere Fragmente von wenigen hundert Basen aufgespalten und danach wieder zusammengesetzt werden müssen. Zudem ist keine Amplifizierung der DNA notwendig. Dabei hanelt es sich um einen langwieriger Prozess der Genom-Vermehrung, der sonst Voraussetzung für ein zuverlässiges Auslesen ist.

MinION soll im Laufe des Jahres auf den Markt kommen und wird voraussichtlich 900 Dollar (aktuell rund 827 Fr.) kosten. Die Entschlüsselung des menschlichen Erbguts soll damit schätzungsweise sechs Stunden in Anspruch nehmen. «Sollten sich Kosten, Qualität, Einfachheit der Handhabung und der Output in Einklang mit den anderen Geräten im Labor bringen lassen, könnte das eine Killer-Technolgie sein», urteilt Nick Loman, Bioinformatiker der University of Cambridge, gegenüber New Scientist.

Auf dem jungen Markt der «Desktop Sequencer» tut sich aber bereits Konkurrenz auf. So hat das Unternehmen 454 Life Sciences ein ähnliches Gerät angekündigt, das für einen um 100 Dollar höheren Preis nur zwei Stunden für die Dekodierung menschlicher DNA benötigen soll.

(fest/pte)