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Expertenpanel

NGS-basierte Diagnostik

Sequenzierungs-basierte Diagnose-Assays spielen vor allem eine Rolle bei der Diagnostik monogener Erkrankungen. Mit zunehmender Genauigkeit, aber auch durch den rapiden Kostenverfall beim Next-Generation Sequencing werden neben der klassischen Sanger-Methode die ultraschnellen Sequenzer zunehmend interessant für die Diagnostik. Als großer Vorteil erscheint dabei, dass die bisherige Stufendiagnostik durch die Erfassung multipler Mutationen in einem einzigen Test eingesetzt werden kann. Da die Maschinen aber bislang alles andere als einfach bedienbar sind, wie sonstige Diagnostiktest, werden die meisten Tests bislang von hochspezialisierten Dienstleistern angeboten. Bis die zum Einsatz standardisierter Assays in der klinischen Diagnostik scheint es indes noch ein weiter Weg.

Saskia Biskup

LABORWELT:

Welche Vorteile bieten Diagnostikpanels auf Basis des Next-Generation Sequencings und wie genau müssen sie mindestens sein?

Biskup:

Unter einem Diagnostik-Panel versteht man die gleichzeitige Sequenzierung aller für eine bestimmte Erkrankung relevanten Gene. Dies ist deutlich schneller und kostengünstiger als die herkömmliche Gen-für-Gen-Sequenzierung. Zudem – und das ist das Entscheidende – führt die Panel-Diagnostik aufgrund der parallelen Sequenzierung von bis zu mehreren hundert Genen signifikant häufiger zum Auffinden der genetischen Ursache. Ziel der genetischen Diagnostik ist die Diagnosesicherung und damit die eindeutige Zuordnung des Krankheitsbildes. Dadurch erhalten Patienten Gewissheit, eine Prognoseabschätzung kann getroffen werden, und Familienangehörige können beraten und gegebenenfalls präventiv behandelt werden. Zudem können Therapien angepasst und wirkungslose Therapien vermieden werden. Die Panel-Diagnostik ist eine neu verfügbare Methode, mit der Veränderungen in den untersuchten Genen mit hoher Genauigkeit ausgeschlossen oder identifiziert werden können. Diese hohe Genauigkeit ist der wichtigste Vorteil gegenüber der Gesamtgenom-Sequenzierung. Zudem wird das Auffinden von Zufallsbefunden, die nicht im Zusammenhang mit der untersuchten Erkrankung stehen, praktisch ausgeschlossen. Insgesamt führen die Diagnostik-Panels zu deutlich höheren Aufklärungsquoten und stehen als schnelle, effiziente und kostengünstige
Methode für Ratsuchende, Betroffene, Ärzte und Wissenschaftler weltweit zur Verfügung. 

        

Dr. Dr. med Saskia Biskup ist die Gründerin und Geschäftsführerin der CeGaT GmbH in Tübingen. saskia.biskup[at]cegat.de

    

Hanns-Georg Klein

LABORWELT:

Welchen Nutzen verspricht eine NGS-basierte DNA-Analytik in der molekularen Onkologie und der HLA-Typisierung? 

Klein:

Das Verständnis der molekularen Mechanismen, die zur Tumorentstehung und -progression oder Therapieresistenz führen, sind wichtig für die Entwicklung neuer Krebsmedikamente. Mit Beginn der systematischen Genomforschung vor etwa 20 Jahren konnten neue Zielstrukturen identifiziert werden, die individuellere und nebenwirkungsärmere Therapien möglich machten. Die Charakterisierung von Mutations- und Aktivierungsmustern bestimmter Gene identifizierte „oncogene targets“ und wurde damit zur Grundlage einer stratifizierten Therapie mit monoklonalen Antikörpern (mAB) oder „small molecules“ (z.B. Tyrosinkinaseinhibitoren TKI). Dieser Ansatz wird unter dem Begriff „personalisierte Medizin“ zusammengefasst und heute durch den Einsatz von Hochdurchsatz-NGS-Geräten nochmals erheblich beflügelt. Für die Diagnostik relevant ist die Tatsache, dass bei hämatopoetischen Neoplasien und soliden Tumoren meist eine Mischung von Tumorzellen und normalen Zellen vorliegt, so dass bereits kleinste DNA-Veränderungen sehr sensitiv erfasst werden müssen. Während bei der DNA-Sequenzanalyse nach Sanger die Nachweisgrenze von Minoritäten bei etwa 20% liegt, können mittels NGS bei einer entsprechenden Abdeckung bereits 1-5% mutierte Zellen gegen einen Hintergrund von 95-99% detektiert werden. Bei Leukämien können beispielsweise Therapieverläufe und minimale Resterkrankung beobachtet oder prognostisch ungünstige Mutationen frühzeitig detektiert werden. Die Sensitivität von NGS steigert bei soliden Tumoren die Detektionsrate, insbesondere bei limitiertem Biopsiematerial, wie es häufig bei der Untersuchung von Lungentumoren der Fall ist. Ein weiterer Vorteil von NGS ist, dass in einem gezielten Amplikon-basierten Ansatz verschiedene onkogene Targets unterschiedlicher Patienten parallel, zeitnah und kostengünstig analysiert werden können.

Die allogene Blutstammzelltransplantation ist bei Erkrankungen der blutbildenden Organe oft die einzige kurative Therapiemöglichkeit. Die Beurteilung der Kompatibilität zwischen Spender und Empfänger beruht auf der Bestimmung von HLA-Merkmalen. Diese liegen im hochvariablen Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC), der über 400 Gene mit vorwiegend immunologischer Funktion beinhaltet. Aufgrund der hohen Variabilität der HLA-Merkmale ist eine eindeutige Bestimmung der Allele mit herkömmlicher Sequenzierung nicht immer möglich. Beim NGS-Verfahren wird eine klonale Sequenzierung des amplifizierten DNA-Materials durchgeführt, wodurch eine deutlich bessere Auflösung der HLA-Allele möglich ist. Gleichzeitig kann der Probendurchsatz mit sogenannten DNA-Barcodes (Multiplex Identifiers) auf mehrere hundert Proben pro Sequenzierlauf erhöht werden. Bei der Suche nach einem geeigneten Spender werden derzeit nur einzelne Exons von vier bis sechs HLA-Genen untersucht. Trotz vollständiger Übereinstimmung der untersuchten Merkmale kommt es nach der Transplantation häufig zu den schweren Komplikationen Transplantat-gegen-Wirt-Erkrankung oder Transplantatabstoßung. Das NGS-Verfahren ermöglicht mit angemessenem Zeit- und Kostenaufwand die Untersuchung genetischer Unterschiede auf weitere potentiell relevante Gene auszuweiten. Somit können die Spenderauswahl optimiert und letztendlich bessere Transplantationsergebnisse erzielt werden.

Dr. med. Hanns-Georg Klein, Facharzt für Laboratoriumsmedizin, Medizinische Genetik, Martinsried* info[at]medizinische-genetik.deinfo[at]medizinische-genetik.de

Wera Hofmann

LABORWELT:

Welche Vorteile und Limitierungen bieten sequenzierungsbasierte Bluttests im Vergleich zu invasiven vorgeburtlichen Untersuchungsmethoden?

Hofmann: 

Ausgangspunkt des Bluttests ist die Feststellung, dass die im mütterlichen Blut zirkulierende zellfreie fetale DNA mittels NGS-Technologien analysiert werden kann. Im Unterschied zu invasiven, vorgeburtlichen Untersuchungsmethoden birgt der Bluttest kein eingriffsbedingtes Fehlgeburtsrisiko. Bei negativem Testergebnis bleibt einer großen Mehrheit schwangerer Frauen mit einem Risiko für Chromosomenstörungen eine belastende invasive Untersuchung erspart. In Deutschland könnten daher jährlich etwa 600 ungeborene Kinder vor den tödlichen Folgen eines invasiven Eingriffs bewahrt werden. Während der Bluttest ab der 12. Schwangerschaftswoche (SSW) erfolgt, wird eine Fruchtwasseruntersuchung nicht vor der 14. SSW durchgeführt. Allerdings ist der Bluttest derzeit auf die Bestimmung von autosomalen numerischen Chromosomenstörungen wie der Trisomie 21 begrenzt. Auch gibt er keinen Aufschluss über die Form der Trisomie, ob es sich zum Beispiel um eine freie Trisomie oder eine erblich bedingte Translokations-Trisomie handelt. Dies kann nur eine invasive vorgeburtliche Untersuchung klären. Daher ist schwangeren Frauen mit einem auffälligen Ergebnis des Bluttests eine invasive vorgeburtliche Abklärung der genetischen Ursachen zu empfehlen.

Dr. Wera Hofmann, ist Medical Director der LifeCodexx AG, eines Tochterunter-nehmens der Konstanzer GATC Biotech AG

Daniela Steinberger

LABORWELT:

Wie werden sich durch den Einzug der Next-Generation-Sequenziergeräte der Markt und die Erstattung sequenzbasierter Tests auf Erbkrankheiten verändern?

Steinberger:

Ein Ende der rasanten Entwicklung rund um die DNA-Analysetechnologien ist derzeit überhaupt noch nicht abzusehen. Wie wir die anwendbaren Techniken bezeichnen, ob „next-“ oder „next-next-generation-sequencing“ ist dabei einerlei. Hinter diesen Begriffen, verbergen sich ohnehin viele verschiedene Methoden. 

Die Methoden, die sich auf dem Markt der Diagnostik von erblichen Merkmalen und Erkrankungen durchsetzen werden, sind vermutlich durch mehrere Attribute gekennzeichnet: Die Ergebnisse sind günstig zu generieren und stabil sowie einfach in der Anwendung bei größtmöglicher Präzision. Allein das macht allerdings noch keine markt- und erstattungsfähige Diagnostik daraus. Das Management zur Nutzbarmachung der vielen günstig und akkurat produzierten Sequenzen wird dann das „next-generation“-Ding der Zukunft werden. Erst damit wird sich der Nutzen individueller Genome oder Genomteile erschließen und eine klinische Anwendung möglich. Letzteres wäre schließlich eine Voraussetzung für die Erstattung. 

Nach „NGS“ lauten die Akronyme und Schlagworte der Zukunft dann „GIM“ –„genetic information management“- für den mit IT-Tools strukturierten Zugang zum „Interpretom“, zur Gesamtheit der interpretierbaren DNA-Varianten. Letztlich wird die Gemeinschaft der Versicherten es sich nicht leisten können, auf Erkenntnisse genetischer Diagnostik zu verzichten. 

Die Einbindung des Interpretoms in die elektronische Gesundheitsakte wird dann ein Punkt im Katalog der zu erstattenden Leistungen werden. 

Prof. Dr. Daniela Steinberger, Medizinische Leitung & Geschäftsführerin, bio.logis GmbH, Frankfurt am Main


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Heft 1/2012

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