Persönliches Genom zum Spottpreis
Neue Technologien verbilligen die Entschlüsselung des menschlichen Erbguts
"In zehn Jahren kostet die DNA-Sequenzierung des persönlichen Erbguts nur noch ein paar Dollar", prognostiziert Janet Thornton, Direktorin des European Bioinformatics Institute (EBI) in Cambridge. "Es ist sehr wahrscheinlich, dass in 10 bis 20 Jahren jeder sein individuelles Genom kennt." Das menschliche Genom, sozusagen das individuelle Buch des Lebens, besteht aus ungefähr 30.000 Wörtern oder Genen, die sich aus gut drei Milliarden Buchstaben zusammensetzen – wobei das Alphabet nur vier Buchstaben umfasst: die auch als Basen bezeichneten Nukleotide Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Bisher sind nur zehn individuelle menschliche Sequenzdatensätze publiziert, unter anderem in der EMBL Nucleotide Sequence Database des EBI.
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Ungefähr 300 Millionen Dollar wurden 2001 in die erste komplette Entschlüsselung der menschlichen Erbmasse investiert. "Heute liegt der Preis im Labormaßstab bei rund 50.000 Dollar", berichtet Kai Sohn vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahren in Stuttgart. "Die Kosten reduzieren sich aber in einer Größenordnung, dass wir voraussichtlich in einem Jahr bei 5.000 Dollar liegen und in den nächsten zwei bis fünf Jahren dann bei 1.000 Dollar."
Grund für den prognostizierten Preisverfall sind gewaltige Techniksprünge. Über 30 Jahre lang war die robuste Sanger-Technologie das Arbeitspferd, das 100 Sequenzen mit einer Leselänge von 1.000 Nukleotiden parallel bestimmen kann. "Der Durchsatz eines Maschinendurchlaufs liegt bei 100.000 Basen“, rechnet Sohn vor. Doch jetzt treibt die sogenannte Next Generation DNA-Parallelsequenzierung das Tempo an: "Wir bestimmen eine Million bis 100 Millionen Sequenzen parallel und erreichen pro Maschinenlauf zwischen 10 und 50 Milliarden Basen." Auf nächstes Jahr sei bereits die noch flinkere Nachfolgetechnik terminiert. Sohn: "Wir stellen damit sogar das Moore’sche Gesetz der Computerindustrie in den Schatten, nach dem sich die Leistung von Chips alle zwei Jahre verdoppelt."
Das will der IT-Konzern IBM nicht auf sich sitzen lassen und hat im Oktober einen winzigen DNA-Transistor auf den Labortisch gelegt: Das Team um Gustavo Stolovitzky vom IBM Watson Research Center in Yorktown Heights hat in einen Chip Poren mit einem Durchmesser von drei Nanometern gebohrt. Durch diese Löcher werden nun die DNA-Stränge Base für Base durch eine angelegte Spannung hindurchgeleitet. In Zukunft soll dann ein – bisher nicht existenter – Sensor den genetischen Code auslesen. Damit umgehen die IBM-Forscher elegant die beim traditionellen Verfahren übliche aufwendige chemische Manipulation der DNA-Stränge. Stolovitzky sieht IBM daher als Teilnehmer im Rennen um das 1.000-Dollar-Genom: "In drei Jahren sind wir fertig und unser DNA-Transistor könnte dann die Kosten für eine Genomanalyse auf 100 Dollar drücken."
