Über uns

DNA-Sequenzierung und Genexpression

Schwerpunkte der Arbeiten im Genomics & Transcriptomics Labor (GTL) liegen in der Nukleinsäureanalytik und konzentrieren sich auf die Analyse (DNA-Sequenzierung) von DNA und RNA. In den letzten Jahren wurde dieser Bereich durch die Etablierung wichtiger Standard- und Spezialverfahren weiter ausgebaut und die dafür benötigten Groß- und Spezialgeräte angeschafft. Diese Analysegeräte und die im GTL angesammelte methodische Expertise erlauben eine effiziente Bearbeitung bioanalytischer Fragestellungen mit modernen Technologien, wovon alle interessierten Arbeitsgruppen der Universität profitieren.

Zentrale DNA Sequenzierungseinheit

Der Probendurchsatz im Bereich der DNA Sequenzierung wächst seit vielen Jahren kontinuierlich an. Insgesamt stehen vier DNA-Sequenziergeräte (3 ABI 3130XL Genetic Analyzer und 1 ABI PRISM® 310), zwei Pipettierroboter (Beckman Biomek® 3000 und QIAGEN BioRobot 3000) und weitere Spezialgeräte zur qualitativen und quantitativen Erfassung der Proben zur Verfügung. Da zunehmend auch klinisch-relevante Proben untersucht werden, wurde im Jahr 2010 ein entsprechendes Qualitätsmanagementsystem aufgebaut und gemäß DIN EN ISO 9001:2008 Standard zertifiziert.

DNA-Microarrays und Hochdurchsatz DNA-Sequenzierung zur Genexpressionsanalyse

Mit Hilfe der DNA-Microarray-Technologie ist die globale Bestimmung der Genexpression, d.h. die Erfassung der Aktivität aller Gene eines Organismus möglich. Zur Herstellung und Bearbeitung von DNA-Microarrays sind teure Spezialgeräte (Microarray Spotter,Hybridisierautomaten und Fluoreszenzreader) notwendig. Mit Hilfe zusätzlicher Landesmittel wurde im Jahr 2001 die erste zentrale DNA-Microarray Plattform im BMFZ etabliert und in den Folgejahren schrittweise erweitert und modernisiert. Heute können mit der BMFZ-eigenen Plattform genomweite DNA-Microarrays hergestellt und bearbeitet werden. Im Jahr 2008 hat das BMFZ die Betreuung der Affymetrix Core Facility der Medizinischen Fakultät übernommen (Bild 1); seit 2009 steht eine zweite kommerzielle Array Plattform (Agilent DNA-Microarray Plattform) zur Verfügung, so dass aktuell drei verschiedene Arrayformate im BMFZ bearbeitet werden können.

Foto des Geräts Affymetrix Fluidics Station

Bild 1: Affymetrix Fluidics Station zur parallelen Prozessierung von Affymetrix Microarrays.

Grafik einer hierarchischen Clusteranalyse

Bild 2: Beispiel einer hierarchischen Clusteranalyse differentiell exprimierter Transkripte. Bioinformatische Analysen werden im GTL unabhängig von der verwendeten Microarray-Plattform mit verschiedenen Software-Programmen durchgeführt.

Die quantitative Erfassung der Genexpression erfolgt entweder über sog. „Real-Time PCR“ Analysen, sofern es sich um eine überschaubare Zahl von Genen handelt oder mit Hilfe von Hochdurchsatz DNA-Sequenzierungsverfahren, falls alle Gene eines Organismus untersucht werden sollen. Durch die hochparallele Sequenzierung von cDNA Molekülen können mit dieser sog. „Next Generation Sequencing“ (NGS) Technologie globale Transkiptomanalysen durchgeführt werden, die gegenüber den herkömmlichen DNA-Microarrays deutliche Vorteile haben:

a) NGS Technologien erlauben quantitative und deutlich sensitivere Analysen,
b) sie haben einen deutlich größeren linearen Messbereich,
c) auch unbekannte Gen-Transkripte sowie Spleißvarianten können detektiert werden (Bild 3).

Im Jahr 2008 hat sich das BMFZ an der Beschaffung des ersten kommerziell erhältlichen Hochdurchsatz DNA-Sequenzierungsgerätes (Roche/454 Genome Sequencer) beteiligt. Mit Mitteln des Rektorates (FfE) wurde diese Technologie im Jahr 2010 weiter massiv ausgebaut, so dass nun ein HiSeq™ 2500 Gerät an der Kinderklinik und ein SOLiD™ System im Genomics & Transcriptomics Labor (GTL) für genomweite (Transkriptom-) Analysen bereit stehen.

Foto eines SOLiD Hochdurchsatz DNA-Sequenziergeräts

Bild 3: Das SOLiD Hochdurchsatz DNA-Sequenziergerät im GTL. Dieses Gerät wurde mit Hilfe von Mitteln aus dem 'Fit for Excellence'-Programm der HHU beschafft.

Grafik eines NGS-Transkriptomprofils

Bild 4: Auszug aus einem aktuellen NGS-Transkriptomprofil, das im GTL erstellt wurde. Annotierte Transkripte sowie alternative Splice-Produkte werden durch sensitive Detektion auf Exon-Level nachgewiesen. Zusammen mit der Identifikation von möglichen neuen Exonsequenzen ermöglicht die Hochdurchsatz-Sequenzierung somit die Erstellung und Charakterisierung von detaillierten Transkriptomprofilen.

Wissenschaftliche Projekte

Das Genomics & Transcriptomics Labor ist forschungsaktiv und ist bei den folgenden Verbundprojekten beteiligt:

Zentrale Bioanalytik im SFB 590 "Inhärente und adaptive Differenzierungsprozesse"

Zentrale Bioanalytik im SFB 612 "Molekulare Analyse kardiovaskulärer Funktionen und Funktionsstörungen"

Zentralprojekt in KFO 217 "Hepatobiliärer Transport und Lebererkrankungen"