Infektionsdiagnostik mit Next-Generation Sequencing

Die Diagnostik von Infektionskrankheiten beruht überwiegend auf bereits seit über 100 Jahren angewandten mikrobiologischen Techniken: der Kultivierung von Krankheitserregern verbunden mit deren Charakterisierung und Identifizierung. Von Nachteil hierbei ist, dass das Wachstum von Krankheitserregern ein zeitaufwändiger Prozess ist und sich einige Pathogene gar nicht oder nur unter besonderen Bedingungen kultivieren lassen. Zudem fällt das Ergebnis häufig negativ aus, obwohl der Erkrankung tatsächlich eine Infektion zugrunde liegt.

NGS-basierte Erregerdiagnostik

Die Gruppe Funktionelle Genomanalysen entwickelt deshalb im Auftrag und in Kooperation mit Kunden und Partnern aus der Industrie und Klinik innovative molekulare Verfahren zur Erregerdiagnostik. Diese neuen Verfahren basieren auf molekularen Analysen der Erbinformation von Krankheitserregern. Der dreistufige Prozess umfasst die optimale Vorbereitung der Probe, die Hochdurchsatz-Sequenzierung (Next-Generation Sequencing, NGS) und die bioinformatische Auswertung mittels proprietärer diagnostischer Algorithmen.

Vorteile: Schnelle und zuverlässige Diagnose

Die neue Technologie umgeht damit langwierige Kultivierungsverfahren und macht die Detektion offen für alle Erreger: Viren, Parasiten und Bakterien, die auf verwendeten Kulturmedien nicht wachsen. So wird die Diagnose nicht nur schneller, sondern auch deutlich zuverlässiger.

Darüber hinaus können die NGS-Daten nicht nur zur Erregerdiagnostik, sondern auch zur Identifizierung neuer Biomarker verwendet werden.

Einsatzbereiche der Erregerdiagnostik

In diesem Bereich verfügt die Arbeitsgruppe Funktionelle Genomanalysen über umfassende Erfahrungen in den Indikationen Sepsis, Endokarditis, Fruchtwasserinfektionen, aber auch dem Biomarker-Screening, der Genomcharakterisierungen von Krankheitserregern oder Mikrobiomstudien (beispielsweise an der Haut).

Ausblick

Schon jetzt birgt diese Art der Infektionsdiagnostik durch ihren umfassenden, offenen Plattformcharakter das Potenzial für einen universellen Einsatz in der Klinik. Mit Sequenziergeräten der dritten Generation rückt darüber hinaus die Point-of-Care-Sofortdiagnostik in greifbare Nähe, wie wir in erfolgreichen Pilotstudien zeigen konnten.

© Fraunhofer IGB

Dreistufiger Prozess zur molekularen Infektions­diagnostik mittels NGS.

Literatur

[1] Grumaz, S.; Grumaz, C.; Vainshtein, Y.; Stevens, P.; Glanz, K.; Decker, S.O.; Hofer, S.; Weigand, M.A.; Brenner, T.; Sohn, K. (2018) Enhanced performance of next-generation sequencing diagnostics compared to culture-based microbiological diagnostics in patients suffering from septic shock, submitted

[2] Decker, S.O.; Sigl, A.; Grumaz, C.; Stevens, P.; Vainshtein, Y.; Zimmermann, S.; Weigand, M.A.; Hofer, S.; Sohn, K; Brenner, T. (2017) Immune-response patterns and next generation sequencing diagnostics for the detection of mycoses in patients with septic shock – results of a combined clinical and experimental investigation, International Journal of Molecular Sciences 18, 1796, doi: 10.3390/ijms18081796

[3] Grumaz, S.; Stevens, P.; Grumaz, C.; Decker, S.O.; Weigand, M.A.; Hofer, S.; Brenner, T.; von Haeseler, A.; Sohn, K. (2016) Next-generation sequencing diagnostics of bacteremia in septic patients, Genome Medicine 8:73, doi: 10.1186/s13073-016-0326-8