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Forscher des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg und des Zentrums für Bioinformatik der Universität des Saarlandes in Saarbrücken haben eine kostengünstigere und schnellere Methode zur Überprüfung genetischer Unterschiede in einzelnen Zellen entwickelt. Es übertrifft bestehende Techniken in Bezug auf die erhaltenen Informationen. Diese neue Methode könnte ein neuer Standard in der Einzelzellforschung und möglicherweise für die klinische Diagnose in der Krankheitsgenetik, einschließlich Krebs, werden. Die Ergebnisse wurden in Nature Biotechnology veröffentlicht .

"Unsere neue Methode zur Untersuchung genetischer Variationen in einzelnen Zellen könnte das Feld des Mutationsnachweises verändern", sagt Ashley Sanders, einer der Hauptautoren der Studie am EMBL Heidelberg. Die von ihr und ihren Kollegen entwickelte Methode, die als Single Cell Tri-Channel Processing (scTRIP) bezeichnet wird, ermöglicht es ihnen, genetische Variationen innerhalb der DNA einer einzelnen Zelle zu untersuchen und genetische Variationen direkt zu messen, wenn sie sich in neuen Zellen bilden. Im Gegensatz zu bestehenden Methoden, die nur große Veränderungen im Genom nachweisen konnten, kann scTRIP kleine Veränderungen sowie viele Arten von genetischen Variationen nachweisen, die mit anderen einzelligen Methoden unsichtbar waren.

Die Forscher testeten ihre Methode in von Patienten abgeleiteten Leukämiezellen. In ihrer Stichprobe fand das Team viermal mehr Varianten bei dem Patienten, als durch die klinische Standarddiagnostik nachgewiesen wurden. Dazu gehörte eine fehlende klinisch relevante Translokation, die die Überexpression eines krebserregenden Gens auslöste. Sie beobachteten auch eine katastrophale Chromosomenumlagerung, die bei der ersten Leukämiediagnose übersehen wurde. Es trat wahrscheinlich auf, als ein einzelnes Chromosom zersplitterte und dann in einer umgeordneten Reihenfolge wieder zusammengeklebt wurde.

"Diese ersten Ergebnisse zeigen, dass unsere Methode die vorhandenen deutlich übertrifft. Unsere Methode ist viel schneller und kostengünstiger als die derzeit verwendeten Methoden zum Aufdecken genetischer Varianten in einzelnen Zellen. Dies könnte für klinische Anwendungen sehr nützlich sein", sagt Tobias Marschall vom Zentrum für Bioinformatik an der Universität des Saarlandes und am Max-Planck-Institut für Informatik. Das Team hat begonnen, die Anwendung der Methode zu erweitern, um verschiedene Formen von Leukämie zu analysieren und ihren potenziellen klinischen Nutzen zu bewerten.

Da die Heterogenität einer Probe am besten auf Einzelzellenebene untersucht werden kann, arbeiten Forscher auf der ganzen Welt an der Entwicklung von Technologien zur Verbesserung der erhaltenen Informationen. "Während existierende Techniken zeigen, wie sich verschiedene Zellen verhalten oder auf Manipulation oder Behandlung reagieren können, konzentrierten sich Forschung und Anwendung bisher auf die Messung der RNA innerhalb einer Zelle. Die Messung der DNA in einer einzelnen Zelle hat jedoch bisher viel weniger Beachtung gefunden." erklärt Tobias Marschall. Da erwartet wird, dass ein Blick auf die DNA ein neues Verständnis dafür liefert, wie diese genetischen Veränderungen das Verhalten verschiedener Zellen beeinflussen, wird die neue Methode sowohl den Bedürfnissen von Forschern als auch von Ärzten gerecht.

scTRIP basiert auf einer Technologie, die Ashley Sanders während ihrer Promotion mitentwickelt hat. in Vancouver. "scTRIP kombiniert Signale aus drei verschiedenen Informationskanälen innerhalb des Genomcodes der einzelnen Zelle", erklärt Jan Korbel, Gruppenleiter am EMBL Heidelberg. "Mit dieser Methode können wir das gesamte Spektrum der DNA-Umlagerungen in einzelnen Zellen aufdecken."

Mit scTRIP forschen die Forscher nun weiter an einer ganz grundlegenden Frage: Inwieweit unterscheidet sich eine Zelle im Körper von jeder anderen Zelle sowohl im Zusammenhang mit Krebs als auch mit normalen Zellen? Bisher konnten sie diese Frage nicht beantworten, weil ihnen die Technologie dazu fehlte. "Mit scTRIP können wir jetzt direkt die Mutationsprozesse messen, die in Zellen ablaufen, um neue genetisch unterschiedliche Populationen zu generieren", sagt Ashley Sanders. Für die nächsten Forschungsschritte plant das Team, Mutationsprozesse in verschiedenen menschlichen Zelltypen zu untersuchen und die Konsequenzen dieser Unterschiede für menschliche Krankheiten abzuschätzen.