Auch die verschiedenen medizinischen Disziplinen werden ungeheuer profitieren. Hier nur einige Beispiele:

  • medizinische Humangenetik: man wird eine vollständige Detektion von Mutationen im Erbgut ermöglichen können und in einem Aufwasch alle (jeweils bis dato bekannten) Erbkrankheiten oder Anlagen dafür, die ein Mensch in sich trägt, entdecken können; im Gegensatz zur Sanger-Sequenzierung kann NGS zudem auch Strukturvarianten von DNA-Abschnitten und seltene Allele bestimmter Loci entdecken: der Blick der Genetik auf das Genom wird also wesentlich schärfer.
  • Pharmakogenomik: man wird ganz genau erheben können, welche Enzymvarianten und damit metabolische Besonderheiten ein Mensch besitzt, ob und wie er also auf bestimmte Medikamente reagiert und so wird man jedem Patienten eine personalisierte, also auf ihn zugeschnittene Medikation verabreichen können
  • Reproduktionsmedizin: Es ist bereits möglich, mittels NGS aus einer einfachen Blutprobe einer Schwangeren schon in einem sehr frühen Schwangerschaftsstadium eine komplette Untersuchung des Fötus’ auf Erbkrankheiten durchzuführen. Man braucht dafür also keine gefährliche Prozeduren, wie eine Amniozentese mehr durchzuführen und kann viel früher zu Ergebnissen kommen
  • Onkologie: man wird das Genom einer Krebszelle so genau wie nie zuvor untersuchen und so viel besser verstehen können, was in der entarteten Zelle „falsch läuft” und welche Schäden ihr Genom schon genommen hat; so wird man auch ihre „Schwächen” erkennen und eine viel gezieltere und damit wirksamere und deutlich nebenwirkungsärmere Therapie ermöglichen können
  • Epigenetik: Man versteht zunehmend, wie wichtig epigenetische Regulationsmechanismen bei sehr vielen biologischen und medizinischen Zusammenhängen sind; Krebs ist nur einer davon und NGS lässt sich auch mit der Bisulfit-Behandlung oder ChIp (s. hier für die Interessierten), Methoden also, die man zur Untersuchung epigenetischer Modifikationen verwendet, kombinieren und so wird eine Untersuchung des gesamten Epigenoms einer Zelle möglich sein

Man könnte also sagen: durch NGS wird man imstande sein, Fragen zu beantworten, die wir zuvor nicht einmal hätten stellen können!

Probleme und Einschränkungen
Noch hat NGS einige Einschränkungen: seine Genauigkeit „pro Buchstabe” ist geringer als die der Sanger-Methode (das wird jedoch durch die Mehrfachlesung der Sequenzen gut ausgeglichen). Außerdem ist NGS sehr teuer (ab 400.000 $ nur für das Gerät bis zu 1,3 Mio.$) und extrem aufwendig (man benötigt enorme Rechenleistung und Speicherkapazität für das gigantische Datenaufkommen und grundsätzlich eine bioinformatische „Infrastruktur”, um die entstehende Datenflut bewältigen zu können). Deshalb können sich derzeit nur wenige Institute eine “NGS-Station” leisten. Aber diese Probleme sind technischer Natur und man wird sie in absehbarer Zeit und mit mehr Wettbewerb zwischen den Herstellern in den Griff bekommen. Sie werden den Siegeszug des NGS jedenfalls nicht aufhalten.

Schwieriger und heikler wird es, wenn man sich mit den medizinethischen Fragen, die das NGS aufwerfen wird, befasst: man muß sich vergegenwärtigen, welche gewaltige Informationsmenge die Komplettsequenzierung des Genoms eines Menschen erschließt und daß darin alles über die genetischen Grundlagen eines Menschen zu finden ist, wenn man weiß, wo man schauen muß. Dazu gehören nicht nur Dinge wie Augen- und Haarfarbe, Geschlecht und Blutgruppe, sondern eben auch Anlagen für Krankheiten und (in bestimmtem Ausmaß) sogar für Eigenschaften.

Hier nur einige der Probleme/Fragen, die sich beim medizinischen Einsatz des NGS ergeben könnten:

  • ist für Patienten, deren Genom mittels NGS analysiert wird, eine informierte Einwilligung überhaupt möglich, wenn selbst der Arzt/Genetiker, der die Daten erzeugt, nicht weiß, was sie bedeuten?
  • Sollten Patienten informiert werden über Befunde ohne klinische Signifikanz oder über Befunde, die ernste aber unbehandelbare Krankheiten anzeigen oder über Befunde, die nicht für sie, aber für Familienmitglieder bedeutend sind (und umgekehrt)?
  • Sollten Patienten informiert werden über zufällige Befunde, die ernste Krankheiten ankündigen, die aber bei früher Erkennung behandelbar sind?
  • Sollten Patienten informiert werden über zufällige Befunde, die ein erhöhtes Risiko für Krankheiten anzeigen, die bei früher Entdeckung verhindert werden können?
  • Sollten Patienten über Befunde ohne medizinische aber mit sozialer Bedeutung informiert werden? Beispiel: Vater und Sohn werden auf Prädispositionen für Prostatakrebs untersucht und es kommt nebenbei heraus, daß der Vater gar nicht der leibliche Vater ist.
  • Sollten Patienten über Befunde ohne medizinische aber mit genereller Bedeutung (z.B. SNPs, die mit musikalischer Begabung assoziiert sind) informiert werden (um z.B. eine frühe Förderung ermöglichen zu können)?
  • Was passiert, wenn durch neue Forschungsergebnisse Sequenzdaten eines früher behandelten Patienten zuvor unbekannte medizinische Implikationen bekommen?
  • Wer lagert die Genomdaten, wer hat Zugriff darauf, wie wird der Zugang geregelt und wer bezahlt die Lagerung?

Bei aller durch die kaum fassbare Herausforderung des Erkenntnisgewinns durch NGS gebotenen Vor- und Umsicht, zu der ich mich ausdrücklich bekenne, hoffe ich doch, daß die deutsche Politik hier nicht, wie es sonst bei der Eröffnung neuer biomedizinischer Horizonte nahezu Reflex ist, sich dem ohnehin unaufhaltsamen Fortschritt verschließt und durch rigide, unsachgemäße und im schlimmsten Fall religiös motivierte Gesetzgebung die Forschung und Arbeit mit und an NGS be- oder gar verhindert. So war/ist es schon bei den Stammzellen, ein weiteres Beispiel ist das beschämend schlechte Gendiagnostikgesetz von 2010 und bei NGS für medizinische Anwendungen würde diese gern geübte fortschrittsfeindliche Verweigerungshaltung wie bei anderen medizinischen Verfahren zuvor dazu führen, daß Wohlhabende ihre z.B. durch NGS ermöglichte personalisierte Krebstherapie dann eben im Ausland erwerben und Arme hierzulande trotz vorhandenen Wissens und Könnens vermeidbar leiden und sterben müssten.

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Kommentare (27)

  1. #1 silentjay
    07/03/2012

    Von Zeit zu Zeit wird auch unterschieden zwischen Sanger, Next Generation Sequencing und Third Generation Sequencing.
    Wobei, wenn ich das richtig verstehe, der Unterschied darin besteht, das bei NGS die Auftrennung wegfällt und bei TGS nurnoch der einzelne Strang einmal bei der Replikation beobachtet wird.

    Eine ‘technische’ Übersicht habe ich da mal gefunden .

  2. #2 ZetaOri
    07/03/2012

    Hmmm, …

    Next Generation Sequencing – Die ultimative genetische Technik[…]
    … so daß ein komplettes menschliches Genom mit seinen 3,2 Milliarden Buchstaben, für das das HGP noch 10 Jahre brauchte, inzwischen innerhalb weniger Tage sequenziert werden kann!

    … doch nicht so ‘ultimativ’ : …

    Third Generation Sequencing – Nanoporensequenzierung verspricht menschliches Genom in 15 Minuten

    …?
    Oder habe ich nur irgend etwas nicht verstanden?

  3. #3 Michael
    07/03/2012

    Next Gen Sequencing ist ne coole Sache!

  4. #4 griesl
    08/03/2012

    mehr über die technik 😀
    ich muss mich wahrscheinlich erstmal in die materie, ngs, einlesen um zu verstehen wie man daraus auf histonmodifikationen, konformation und lokalisierung der dna, schliessen kann.
    aber endlich mal ein artikel, der nicht nur genfixiert ist.
    DANKE

    ps. … das suckt schon bei den profs ^^

    Ich fordere mehr Experten, statt Spezialisten 😀

  5. #5 griesl
    08/03/2012

    was ist eigentlich mit siRNA und miRNA, die sicherlich auch nicht unbedeutend sind.

  6. #6 Cornelius Courts
    08/03/2012

    @Zeta: mit “ultimativ” meinte ich nicht, daß danach nichts mehr kommen würde, sondern daß NGS endgültig das Genom erschlossen hat: seit NGS ist es möglich, das Genom eines Menschen in kurzer Zeit vollständig und zu sehr günstigem Preis zu sequenzieren.
    Das ist die eigentliche Landmarke. Dinge wie Nano-Seq. sind da nur noch kleine Verbesserungen, die keine große Sensation mehr sind.
    Und die Genetik ist natürlich nach NGS auch nicht “arbeitslos”. Im Gegenteil! Durch NGS wird man endlich ganz neue Fragen bearbeiten können. Die Arbeit fängt jetzt erst richtig an 🙂

    @griesl: “was ist eigentlich mit siRNA und miRNA, die sicherlich auch nicht unbedeutend sind. ”
    Hehe, wem sagst Du das? Mich muß man sicher nicht mehr von der Bedeutung der miRNA überzeugen 😉
    http://www.scienceblogs.de/bloodnacid/2012/02/micrornasignaturen-zur-identifizierung-von-spurenarten.php

  7. #7 Cornelius Courts
    08/03/2012

    @silentjay: “Eine ‘technische’ Übersicht habe ich da mal gefunden.”

    Auch diese Übersicht ist nicht vollständig und nennt nicht alle Ansätze für nennen wir es mal “neue” Sequenzierungstechniken. Die Unterteilung in “Next” und “Third” ist dabei zudem willkürlich und ich fasse “Single Molecule”- und “RealTime”-Sequencing durchaus auch unter NGS zusammen. Der Unterschied zwischen diesen Verfahren ist gering n (15 Minuten zu 3-5 Tage) und qualitativ zu vernachlässigen im Vergleich zum ungeheuren Sprung von Sanger zu NGS.
    Es wird jetzt sicher bald einen “Formatwettbewerb” geben, wo sich ein oder mehrere NGS-Techniken und damit ein oder mehrere Hersteller durchsetzen werden und wenn diese Geräte dann erst die Kinderkrankheiten los und halbwegs erschwinglich sind oder erste NGS-Service-Anbieter auf den Markt gehen, dann wird es richtig abgehen.

  8. #8 Michael
    08/03/2012

    Der “heilige Gral” in dem Bereich ist es, ein (humanes) Genom für 1000$ zu sequenzieren, davon ist man nicht mehr sehr weit weg.
    Das Problem ist aber mittlerweile nicht mehr die Erzeugung, sondern die Auswertung und Interpretation der Daten. Das 1000-Genomesprojekt hat da einiges gezeigt – so hat man mittlerweile gut 15 Mio SNPs entdeckt, wenn ich mich jetzt richtig erinnere. Das Problem hierbei ist aber, diese SNPs jetzt zu Risiken oder Funktionen (bzw. deren Änderungen) zuzuordnen. Und das ist besonders bei seltenen SNPs (die höchstens in 0,1% der Fälle gefunden werden) schwierig.

  9. #9 Cornelius Courts
    08/03/2012

    @Michael: “Das Problem ist aber mittlerweile nicht mehr die Erzeugung, sondern die Auswertung und Interpretation der Daten.”
    Ganz genau. Und das ist es auch, was ich meinte: die Arbeit fängt jetzt erst richtig an. Und selbst wenn man alle Gene und SNPs etc. zuordnen kann, ist man noch lange nicht fertig.
    Es ist wie immer in der Wissenschaft: jede Antwort wirft neue Fragen auf und NGS potenziert dieses Phänomen einfach nur.

  10. #10 Jan
    08/03/2012

    Hallo und danke für den informativen Beitrag,

    welche Methode ist denn die aktuelle NGS?
    Ich kenne (als Biologie Student) nur Pyrosequencing oder Sequenzierung mit reversiblen
    Terminatoren. Sind diese denn schon veraltet?

    Schöne Grüße,
    Jan

  11. #11 Cornelius Courts
    08/03/2012

    @Jan: “Ich kenne (als Biologie Student) nur Pyrosequencing oder Sequenzierung mit reversiblen Terminatoren. Sind diese denn schon veraltet?”

    Es gibt noch nicht DIE Methode, also einen bestimmten Standard. Pyrosequenzierung wird durchaus noch gemacht (Illumina mit ihrem 454er). Die “neuesten” Methoden sind single-molecule-real-time Sequencing (Fa. Pacific Biosciences) oder nanopore-Sequencing (Fa. Oxford Nanopore), die beide ohne vorherige Amplifikation auskommen.

  12. #12 StrangerInAStrangeLand
    09/03/2012

    @Cornelius

    “Es gibt noch nicht DIE Methode, also einen bestimmten Standard. Pyrosequenzierung wird durchaus noch gemacht (Illumina mit ihrem 454er).”

    Da schmeist Du zwei verschiedene Sachen zusammen, das Solexa/Illumina System, das auf “sequencing by synthesis” beruht, und die pyrosequencing Methode von 454 Life Sciences (jetzt Roche). Ein drittes System ist auch noch verbreitet, das SOLiD von Applied Biosystems (sequencing by ligation). Alle diese Dinger haben ihre Vor-und Nachteile, z.B. erreicht man mit 454 sequencing relativ lange Leseweiten (mit unserer Maschine inzwischen 400-700 bp), was wir für die die Sequenzierung von Umweltproben auch brauchen. Die Solexa & SOLiD Geräte produzieren dagegen nur kurze Stücke (25-50 bp), was eine komplexere Bioinformatik notwendig macht und für taxonomische Analysen ungeeignet ist, aber davon solche Mengen, daß die Kosten pro Base deutlich geringer sind als bei 454. Für Genomsequenzierungen wie Du sie beschreibst, besonders wenn bereits Referenzgenome wie beim Menschen vorliegen, sind diese Techniken also normalerweise besser.

    Ich würde aber auch sagen, daß die “third generation” noch einmal ein wichtiger Schritt vorwärts ist, denn ohne die Notwendigkeit eines Amplifikationsschritts (und des ärgerlichen PCR-Bias) ist die Möglichkeit gegeben, die Sequenzen quantitativ auszuwerten. Das mag zwar für Genomsequenzierungen nicht entscheidend sein, aber für die Analyse von Umweltproben wäre dies fantastisch – nicht nur zu sagen welche Bakterien beispielweise in einer Probe sind, sondern auch wie viele.

  13. #13 Bioinformatikerin
    13/11/2012

    @Cornelius:
    Der Text hier klingt mehr nach Propaganda, als dass er den Leser über NGS informiert. Ich bin in der Bioinformatik tätig und nach dem Lesen genauso schlau wie vorher :/
    Was die Politik angeht, so solltest du eventuell deine Oberflächlichkeit mal ablegen und hinter den Vorhang schauen. Eventuell versuchen die kleinen Politiker die Menschen vor etwas zu beschützen. Hochentwickelte Humangenetik in den falschen Händen kann riesigen Schaden anrichten. Darüber sollte sich JEDER Wissenschaftler, der damit zu tun hat, im Klaren sein. Dieser Aspekt fehlt bei deiner Lobrede über NGS komplett.

    • #14 Cornelius Courts
      13/11/2012

      @Bioinformatikerin:

      “Der Text hier klingt mehr nach Propaganda, als dass er den Leser über NGS informiert.”

      Propaganda? Wofür? Heißt Propaganda begeistert zu sein von einer verbesserten Sequenziermethode mit grandiosen neuen Möglichkeiten (s.z.B. http://genome.ucsc.edu/ENCODE/)? Jup, dann ist das wohl Propaganda.
      Ansonsten ist Deine “Kritik” völlig gegenstandslos und einfältig. Welche Deiner unerheblichen Auffassung zufolge wichtige Information über NGS habe ich denn vorenthalten?

      “Eventuell versuchen die kleinen Politiker die Menschen vor etwas zu beschützen.”

      Ernsthaft jetzt? Das soll ein Argument sein? Die klugen Politiker wissen bestimmt am besten, welche wissenschaftlichen Errungenschaften (die sie nicht mal im Ansatz verstehen) gut für uns dummes Volk sind und sie wollen uns beschützen? Ich finde ja, man hätte beizeiten den Computer verbieten sollen! Was da alles schon schlimmes mit gemacht worden ist, nee nee nee!
      Bist Du sicher, daß Du Bioinformatikerin bist oder beschränkt sich Deine Tätigkeit dort doch eher auf Druckerpapier nachfüllen?

      “Hochentwickelte Humangenetik in den falschen Händen kann riesigen Schaden anrichten.”

      Ähem…NGS verhält sich zu Humangenetik wie eine Strasse zu Autos. Nicht nur die Humangenetik profitiert von NGS, weißt Du?
      Und von welchem “Schaden” schwadronierst Du hier? Was ernst gemeintes oder etwas, was Du in GATTACA und Konsorten gesehen und ein bißchen zu ernst genommen hast?

      “Dieser Aspekt fehlt bei deiner Lobrede über NGS komplett.”

      Echt? Mir war so, als hätte ich einen langen Textteil zu “Probleme und Einschränkungen” geschrieben, in dem ich ausführlich auf medizinische und datenschutzrechtliche Herausforderungen des NGS eingehe, aber vielleicht täusche ich mich auch.

  14. #15 Bloody Mary
    13/11/2012

    “solltest du eventuell deine Oberflächlichkeit mal ablegen und hinter den Vorhang schauen”

    Och menno, Cornelius, wieso magst Du denn nicht hinter den Vorhang schauen?

    Folgende Bioinformatiker-Seite erklärt Dir, warum:
    “Wer hinter den Vorhang sehen will muss erst lernen, verstehen und die Dualität meistern und bereit sein, dem Göttlichen zu dienen (Priesterschaft). Wer also Gott dient und nicht sich selbst wird in die Geheimnisse eingeweiht.”
    http://www.wegeinslicht.net/magie-mystik/tarot/grosse-arkana/

  15. #16 Cornelius Courts
    13/11/2012

    @BloodyMary:
    ach soooooo. Na, dann kann ja nichts mehr aus mir altem vorhangsbeschränktem, oberflächendümpelndem, tellerrandüberragtem NGS-Propagandisten werden!
    Man weiß ja: hochgewickelte Humangardinik kann riesigen Schaden anrichten. Da kann man ja aNGSt bekommen… 😉

  16. #17 Marisol Sanchis
    03/06/2016

    Me encanta el delineado, es la forma de que los ojos no queden escondidos tras las gafas. Un besitoel blog de Sunika

  17. #18 marc
    Sonnen
    09/02/2017

    Hallo an alle Biologen und sonstige Experten

    Was haltet Ihr von dem neuen DNA-Extraktionsverfahren der Firma BioEcho??

    Hat das Ding Potential sich durchzusetzen??

    Grüsse
    marc

  18. #19 Cornelius Courts
    09/02/2017

    @marc: “Was haltet Ihr von dem neuen DNA-Extraktionsverfahren der Firma BioEcho??
    Hat das Ding Potential sich durchzusetzen??”

    Negative Chromatographie, joah, das ist schon interessant. Ich würde deren Behauptung natürlich nicht einfach glauben, sondern erstmal selber testen wollen, aber grundsätzlich ist das schon ein plausibles Prinzip.
    Wenn es hält, was sie versprechen, hat es auf jeden Fall das Potential, sich durchzusetzen.

  19. #20 Johanna Fischer
    Achern
    01/05/2017

    Ist eine NGS Tri Exom Untersuchung zu med.Zwecken?
    Niemand kann mir sagen ob eine NGS Untersuchung. Mit der Fragestellung ob eine motorische und geistige Behinderung meiner Tochter durch eine Asphyxie oder eine genetische Erkrankung /(Neumutation) verursacht wurde . Für mich ist dies eine Untersuchung mit Forschungszwecken und der Suche nach einer med. Diagnose. (sprich med, Zwecken).
    Ja das Gendiagnostikgesetz kann nichtmal Med, Zwecke definieren. Und dies bei einer maximalen Untersuchungsform.

  20. #21 noch'n Flo
    Schoggiland
    01/05/2017

    @ J. Fischer:

    Mir wird Dein Anliegen irgendwie nicht so wirklich klar.

  21. #22 Cornelius Courts
    01/05/2017

    @J. Fischer: ich bitte darum, die Frage noch einmal mit nachvollziehbarer Grammatik zu wiederholen. Ich weiß wirklich nicht, was gemeint ist.

  22. #23 Christian Schweda
    Göttingen
    05/09/2017

    Danke für den interessanten Beitrag!

    Ich bin erst vor ein paar Monaten auf meinem Arbeitsplatz aktiv mit NGS in Berührung gekommen.

    Wir benutzen dort aber ausschließlich Sequenzierer von Illumina basierend auf dem “sequencing-by-synthesis Prinzip”!

    Kann man mittlerweile davon sprechen, dass sich das “sequencing-by-synthesis” als Favorit durchgesetzt hat oder variiert die Sequenzier-Methode im Bezug auf die Fragestellung?

    Grüße
    Christian
    http://www.christian-schweda.de

  23. #24 Cornelius Courts
    06/09/2017

    @Christian Schweda: “Kann man mittlerweile davon sprechen, dass sich das “sequencing-by-synthesis” als Favorit durchgesetzt hat oder variiert die Sequenzier-Methode im Bezug auf die Fragestellung?”

    Bei den NGS-Geräten ist sbs sehr verbreitet, ja, nicht nur bei den Illumina-Geräten (und Illumina ist definitiv Marktführer bei NGS), sondern auch bei den zumindest in der Forensik oft vorfindlichen Geräten von Thermo Fisher (Ion Torrent PGM etc., wobei die mittels Protonennachweis und nicht über Fluoreszenz funktionieren). Die anderen Technologien (diese Sondendinger, SOLiD etc.) haben sich nicht durchgesetzt.
    Bei TGS (third generation) sieht das ganz anders aus. Die funktionieren nicht über sbs, dürften aber mit Geräten wie dem MinION das nächste große Ding werden, da damit auch sehr lange Sequenzen am Stück gelesen werden können, wodurch sehr viel Aufwand (sowohl das Zerscheren der DNA vor, als auch das Assebly nach der Sequenzierung) und Gelegenheit für Fehler entfällt.

  24. #25 tomtoo
    04/04/2018

    @Vorderwäldler
    Ist mir gester schon aufgefallen das mit WordPress bei dir. Evtl. nur ein Missverständniss.
    Wordpress ist erst einmal nur eine Opensource Software um Blogs oder mittlerweile auch andere Webpages einfach einzurichten. Das hat mit den ScienceBlogs nix zu tun, ausser dass es die Software ist die benutzt wird.
    Mit hier verstehe ich rein den Blog von @CC. Und da war ich auch schon im hadern mit @CC wie weit Meinungsfreiheit geht, allerdings nachdem ein “Christ” sich äusserte auf Blasphemie (was immer das sein soll) sollte Folter stehen.

  25. #26 tomtoo
    04/04/2018

    uhpss verrutscht. sry

  26. #27 Lolli
    Giessen
    27/05/2018

    Hallo zusammen,

    weiß jemand zufällig mit welchem Software bzw. Programm man benutzen kann um die Daten von NGS zu analysieren, damit man die Korrelation der diagnostischen Informationen aus NGS mit den vorhandenen klinischen Informationen der Ekrankung finden kann.
    wäre auf jede Antwort super dankbar. Danke!