Next Generation Sequencing (NGS)

Beim Next Generation Sequencing (NGS), oder auch Sequenzierung der nächsten Generation, handelt es sich um eine Sequenzierungstechnologie mit der das gesamte menschliche Genom individuell sequenziert werden kann. Die NGS-Methode wird aktuell in der klinischen Forschung und Diagnostik verwendet, um Genomveränderungen zu analysieren.

Von Dr. rer. nat. Anette Christ

1. Synonyme:

Massive Parallelsequenzierung oder auch Deep Sequencing .

2. Kurzhistorie:

Die modernen NGS-Technologien haben die Genomforschung revolutioniert und die 1977 durch Frederick Sanger entwickelte Sequenzierungsmethode, die zur Entschlüsselung des menschlichen Genoms verwendet wurde, weitestgehend abgesetzt. Es dauerte über ein Jahrzehnt, um mit der Sanger-Methode den endgültigen Entwurf zu liefern. In den folgenden Jahren wurden NGS-Technologien generiert, die mittlerweile eine Hochdurchsatz-Sequenzierung ermöglichen und in einem einzigen Durchgang 20000-mal mehr Daten produzieren können als die ursprünglich verwendete Sanger-Methode. Im Jahr 2008 wurde die erste Arbeit über die Herstellung einer menschlichen Genomsequenz mittels NGS veröffentlicht. Seit 2015 steht eine Reihe an NGS-Technologien zur Verfügung, welche komplette menschliche Genome in bis zu einem Tag sequenzieren können. Mit Hilfe von Hochleistungscomputern und Bioinformatik- Tools können die komplexen Datensätze analysiert werden. Trotz der vielen Vorteile werden die NGS-Technologien noch nicht routinemäßig in der klinischen Diagnostik eingesetzt.

3. Ziel:

Das Ziel des Einsatzes von NGS-Technologien im Gesundheitswesen, v.a. in der klinischen Diagnostik, ist die Verbesserung der Diagnose und der Therapieform bei hereditären und chronischen Krankheiten (neurologische und Krebserkrankungen). Durch entsprechende Sequenzierungs-Methoden können spezifische Aussagen bezüglich genetischer Veränderungen individuell getroffen werden. Eine personalisierte Diagnose kann präziser und im Hochdurchsatzverfahren erstellt werden, und verhilft letztlich zu einem optimierten patientenindividuellen Behandlungsplan

4. Wesentliche Merkmale:

NGS-Verfahren werden in der molekulargenetischen Diagnostik eingesetzt. Durch die Präzision der NGS-Sequenzierungstechnologie können für die jeweilige Krankheitsindikation relevante Gene effizient und schnell analysiert werden: in einem Pool von DNA-Fragmenten werden tausende von Molekülen untersucht. Mittlerweile können auch ohne Qualitätsverlust Einzelmolekülsequenzierungen durchgeführt werden. Die Aufdeckung spezifischer Mutationen in einzelnen Genen und ganzer Genomabschnitte, aber auch Chromosomenveränderungen, verhelfen zu einer verbesserten Krankheitsdiagnose. In der Krebsonkologie konnten dadurch bereits große Erfolge erlangt werden: die molekulare Architektur bös- und gutartiger Tumortypen, sowie Mutationsmuster bei metastasierenden Krebsarten konnten in einem frühen Stadium der Erkrankung erkannt werden.

5. Wesentliche Einsatzgebiete

NGS-Methoden finden in der klinischen Diagnostik ihren Einsatz, u.a. zur molekularen Karyotypisierung (Analyse von Chromosomenveränderungen), für nicht-invasive Pränataltests (Untersuchung von Chromosomenveränderungenim Embryo), und zur Detektion von Krankheits-assoziierten molekularen Biomarkern und genetischen Mustern. Schon jetzt wird das NGS-Verfahren als ein wichtiges zukünftiges Werkzeug in der Präzisionsmedizin gesehen.

Literatur

[1] Goodwin S., McPherson J.D., McCombie W.R. Coming of age: ten years of next-generation sequencing technologies. Nature Reviews Genetics (2016); 17:333–351.

[2] Kchouk M., Gibrat J., Elloumi M. Generations of Sequencing Technologies: From First to Next Generation. Biology and Medicine (2017); Vol. 9, No. 3.

[3] Morganti S., Tarantino P., Ferraro E., D’Amico P., Viale G., Trapani D., Duso B.A.. Role of next-generation sequencing technologies in personalized medicine. SpringerLink (in P5 eHealth: An agenda for the health technologies of the future) (2019); pp. 125-154.