Metagenomstudien mit Next Generation Sequencing

Anbieter zum Thema

SIM Scientific Instruments Manufacturer GmbH

Dass diese in den Meeren weit verbreitete Art keine Photosynthese betreibt und somit keinen Sauerstoff produziert, hat Konsequenzen für unser Verständnis des Kohlenstoff- und Stickstoffkreislaufs und der Evolution von Photosynthese und Stickstofffixierung. Die neuen Befunde könnten auch enorme Auswirkungen auf die Modellierung von Klimaveränderungen haben, da der Einfluss von Stickstoff auf die Fähigkeit der Meere, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu absorbieren, eine zentrale Frage für das Verständnis unserer Biosphäre bleibt.

Mikrobielle Vielfalt im Menschen und Genausstattung von Organismen

Die momentan verbreiteteste Anwendung der Metagenomforschung ist die Charakterisierung der mikrobiellen Lebensgemeinschaften im menschlichen Körper. Unser Körper ist abhängig von der Interaktion mit diesen Mikroorganismen, die verschiedene Funktionen ausüben, z.B. bei der Verdauung oder der Immunabwehr. Eines der Hauptziele der Mikrobiom-Initiative ist die Beantwortung der Frage, ob in bestimmten Lebensräumen des Körpers jeweils ein identifizierbares „Kern-Mikrobiom“ mit gleichen Organismen oder Genen bei allen oder den meisten Menschen existiert.

Vor kurzem wurde eine Studie veröffentlicht, die mikrobielle Lebensgemeinschaften im Menschen durch Sequenzierung der DNA aus Stuhlproben erwachsener eineiiger und zweieiiger Zwillingspaare und ihrer Mütter untersuchte [2]. Die Forscher sequenzierten die 16S-rRNA mit dem Kapillarsequenziergerät ABI 3730xl zur Erfassung des gesamten Gens und mit dem GS FLX-System zur Erfassung der variablen V2/V3-Region und der hypervariablen V6-Region. Taxonomische Zuweisungen mithilfe von BLAST und nach Hugenholtz ergaben eine enorme mikrobielle Vielfalt in den Proben der Einzelpersonen. Kein Phylotyp kam in allen Proben mit einem Anteil von mehr als 0,5 Prozent vor und selbst bei den am stärksten vertretenen Phylotypen variierten die Anteilen in den untersuchten Darmfloren stark. Die Ergebnisse widerlegten die Hypothese eines „Kern-Mikrobioms“ auf Basis gemeinsamer Bakteriengruppen. Ein Vergleich der aus den Proben erhaltenen Sequenzdaten mit Funktions-Datenbanken ergab jedoch gemeinsame funktionelle Gruppen von Genen und Stoffwechselwegen in allen Proben. Diese Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die gleichen Stoffwechselfunktionen von verschiedenen Bakterienarten übernommen werden können.

Die Studie verdeutlichte auch den enormen Wert langer Leseweiten bei der Sequenzierung für die Zuweisung von Spezies in Metagenom-Untersuchungen. Die Forscher verglichen Reads verschiedener Länge mit den 400 bp langen Reads der GS FLX-Titanium-Reihe und fanden heraus, dass Trefferrate und Trefferqualität mit steigender Leseweite deutlich zunahmen.

Nachweis viraler Krankheitserreger

Die Metagenomforschung hat sich auch als sehr leistungsfähig bei der Entdeckung unbekannter viraler Krankheitserreger in Proben infizierter Patienten erwiesen. Zwei Studien, die im New England Journal of Medicine [3] beziehungsweise in Science [4] veröffentlicht wurden, benutzten unvoreingenommene Hochdurchsatz-Sequenzierung mit dem Genome Sequencer FLX-System zur Identifizierung eines neuen Arenavirus, das durch eine Organtransplantation übertragen worden war, beziehungsweise zur Identifizierung des potenziellen Auslösers eines Bienensterbens in den USA.

Eine andere Studie verwendete ähnliche Metagenom-Sequenziermethoden zur Identifizierung eines neuen Ebolavirus, das für einen großen Ausbruch von hämorrhagischem Fieber in Uganda im November 2007 verantwortlich war [5]. Forscher der amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention hatten 29 Blutproben von Verdachtsfällen aus Uganda für Sofortanalysen erhalten. Bei der ersten Analyse der Proben mit hochempfindlichen Real-Time-RT-PCR-Tests, die spezifisch alle bekannten Ebola- und Marburgviren aus Zaire und Sudan nachweisen konnten, war kein Hinweis auf eine akute Infektion mit Ebolaviren, die als Verursacher von hämorrhagischem Fieber bekannt sind, gefunden worden. Eine Hochdurchsatz-Sequenzierung der aus Patientenserum isolierten RNA mit dem Genome Sequencer FLX-System unter Anwendung von in der Metagenomforschung etablierten Methoden ergab eine erste Version der gesamten Gensequenz des neuen Virus.

(ID:313727)