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frontend.sr-only_#{element.icon}: Iris.Lumpp@med.uni-tuebingen.de


Genomanalytik

Völlig neue Bereiche in Wissenschaft und Forschung konnten durch die Entwicklung der „Next-Generation Sequencing“ (NGS)-Technologie erschlossen werden. In der molekularen Diagnostik unseres Instituts kommt NGS in verschiedenen Bereichen zum Einsatz. Zum einen werden Sequenzierungen des kompletten Bakteriengenoms (whole genome sequencing) von Stämmen durchgeführt, die aus Patienten- oder Umweltproben isoliert wurden und spezielle Pathogenitäts- oder Resistenzmerkmale aufweisen. Dies ermöglicht verschiedene Bakterienstämme miteinander zu vergleichen und die phylogenetische Beziehung der Stämme zu bestimmen. Dies ist von besonderer Bedeutung, um Übertragung zwischen Patienten oder aber die Ausbreitung von besonders pathogenen Bakterienklonen frühzeitig zu detektieren und zeitnah effiziente krankenhaushygienische Maßnahmen ergreifen zu können.

Darüber hinaus kann NGS auch direkt aus Patientenproben durchgeführt werden. Bei der sogenannten Metagenom-Sequenzierung wird der komplette DNA-Gehalt einer Probe (beispielsweise aus Liquor oder einer Gewebeprobe) sequenziert. Eine bioinformatische Analyse der Sequenzen ermöglicht es anschließend, potentiell in der Probe vorhandene Pathogene zu identifizieren. Ein großer Vorteil dieser Methodik im Gegensatz zur herkömmlichen, spezifischen PCR-basierten Diagnostik liegt darin, dass keinerlei Einschränkung des Nachweisspektrums der Pathogen vorliegt. Das parallele Erzeugen und Auswerten von mehreren Millionen von DNA-Sequenzen während eines NGS-Laufs erlaubt außerdem die Analyse von Proben, die mit normaler Bakterienflora kontaminiert sind, was bei einer universellen 16S-basierten Bakterien-PCR nicht möglich ist.
Nachteile der Methode spiegeln sich einerseits in einem hohen Zeit- und Kostenaufwand wider, zum anderen im Problem von DNA-Kontaminationen in NGS-Reagenzien. Derzeit gibt es noch kein standardisiertes Vorgehen zur Durchführung und Auswertung von Metagenom-Sequenzierungen in der mikrobiologischen Diagnostik, wobei viele Studien weltweit zur Bestimmung der Wertigkeit der Methode laufen. Eine Evaluation und Etablierung von Metagenom-Sequenzierungen in die Patientendiagnostik wird derzeit durchgeführt. Bekannte Beispiele aus der Literatur für den erfolgreichen Einsatz der Methode sind unter anderem die Diagnose einer Neuroleptospirose (Wilson et al. N Engl J Med. 2014) oder die Beschreibung eines neuen Bornavirus bei Bunthörnchenzüchtern, die an einer Enzephalitis verstorben waren (Hoffmann et al. N Engl J Med 2015).

Kontakt

frontend.sr-only_#{element.contextual_1.children.icon}: 07071 29-85231


frontend.sr-only_#{element.contextual_1.children.icon}: Prof. Dr. med. Silke Peter Bereichsleiterin Molekulare Diagnostik


E-Mail-Adresse: silke.peter@med.uni-tuebingen.de


frontend.sr-only_#{element.contextual_1.children.icon}: Dr. med. Kristina Schmauder Stellvertretende Leiterin Molekulare Diagnostik


E-Mail-Adresse: Kristina.Schmauder@med.uni-tuebingen.de


Publikationen

  • 2017

    Genomic characterisation of clinical and environmental Pseudomonas putida group strains and determination of their role in the transfer of antimicrobial resistance genes to Pseudomonas aeruginosa

    Silke Peter, Philipp Oberhettinger, Leonard Schuele, Ariane Dinkelacker, Wichard Vogel, Daniela Dörfel, Daniela Bezdan, Stephan Ossowski, Matthias Marschal, Jan Liese, Matthias Willmann, BMC Genomics accepted.

  • 2017

    A simple statistical test of taxonomic or functional homogeneity using replicated microbiome sequencing samples.

    Huson DH, Steel M, El-Hadidi M, Mitra S, Peter S, Willmann M. J Biotechnol. 2017 May 20;250:45-50. doi: 10.1016/j.jbiotec.2016.10.020. Epub 2016 Oct 27.

  • 2017

    Protracted Regional Dissemination of GIM-1-Producing Serratia marcescens in Western Germany.

    Wendel AF, Kaase M, Autenrieth IB, Peter S, Oberhettinger P, Rieber H, Pfeffer K, MacKenzie CR, Willmann M. Antimicrob Agents Chemother. 2017 Feb 23;61(3). pii: e01880-16. doi: 10.1128/AAC.01880-16.

  • 2016

    Translational metagenomics and the human resistome: confronting the menace of the new millennium.

    Willmann M and Peter S.J Mol Med (Berl). 2016 Oct 20.

  • 2015

    Antibiotic Selection Pressure Determination through Sequence-Based Metagenomics.

    Willmann M, El-Hadidi M, Huson DH, Schütz M, Weidenmaier C, Autenrieth IB, Peter S.Antimicrob Agents Chemother. 2015 Dec;59(12):7335-45. doi: 10.1128/AAC.01504-15.

  • 2015

    Analysis of a long-term outbreak of XDR Pseudomonas aeruginosa: a molecular epidemiological study.

    Willmann M, Bezdan D, Zapata L, Susak H, Vogel W, Schröppel K, Liese J, Weidenmaier C, Autenrieth IB, Ossowski S, Peter S.J Antimicrob Chemother. 2015 May;70(5):1322-30. doi: 10.1093/jac/dku546.

Sequenzierungen

Whole-Genome Sequencing

Sequenzierung kompletter mikrobieller Genome

Völlig neue Bereiche in der medizinischen Wissenschaft und Forschung konnten durch die Entwicklung der „Next-Generation Sequencing“ (NGS)-Technologie erschlossen werden. Unter whole-genome sequencing (WGS) versteht man die Sequenzierung eines kompletten
Bakteriengenoms. Die genetische Information kann beispielsweise dazu verwendet werden, den Verwandtschaftsgrad der Bakterien untereinander zu bestimmen. Dies ist insbesondere im Rahmen von Ausbruchsgeschehen von Bedeutung, um Übertragungen zwischen Patienten oder aber die Ausbreitung von besonders pathogenen und antibiotikaresistenten Bakterien frühzeitig zu detektieren und zeitnah effiziente krankenhaushygienische Maßnahmen ergreifen zu können. Zudem können aus den WGS-Daten Pathogenitätsfaktoren wie Toxine oder beispielsweise auch Antibiotikaresistenzgene charakterisiert werden. Wir bieten den kompletten Workflow von der klinisch-wissenschaftlichen Beratung, DNA-Extraktion über die Sequenzierung bis hin zur Datenanalyse an.

Kontakt

Bitte nehmen Sie mit uns Kontakt auf, falls Sie Interesse an unserem Service oder an einer Kooperation haben.
Falls Sie eine Patientin oder einen Patienten mit unklarem Krankheitsbild und dem dringenden Verdacht auf infektiöses Geschehen haben, können Sie uns gerne jederzeit kontaktieren, um den Einsatz von Metagenomics mit uns zu erörtern.

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Metagenom Sequenzierung

Mikrobiom- und Metagenomanalysen

Völlig neue Bereiche in der medizinischen Wissenschaft und Forschung konnten durch die Entwicklung der „Next-Generation Sequencing“ (NGS)-Technologie erschlossen werden. Bei der Metagenom-Sequenzierung wird der komplette DNA-Gehalt einer Patienten-/Patientinnen- und sonstigen Probe sequenziert (bspw. Liquor, Gewebe, Faeces). Dies umfasst bakterielle, virale, fungale sowie parasitäre und Wirts-DNA. Eine nachfolgende bioinformatische Analyse der Sequenzen ermöglicht es, in der Probe vorhandene Pathogene sowie das Resistom (Antibiotikaresistenzgen) zu identifizieren. Ein großer Vorteil dieser Methodik im Gegensatz zur herkömmlichen PCR-basierten Diagnostik liegt darin, dass das Nachweisspektrum an Krankheitserregern nicht eingeschränkt ist und dass zusätzliche Informationen zum Mikrobiom und, im Falle einer RNA-Sequenzierung, zur Wirts- Immunantwort geliefert werden.
Derzeit gibt es noch kein standardisiertes Vorgehen zur Durchführung und Auswertung von Metagenom-Sequenzierungen in der mikrobiologischen Diagnostik. Wir sind Teil eines internationalen Konsortiums, das die Wertigkeit der diagnostischen Metagenom-Sequenzierung bestimmt. Die erfolgreiche klinische Anwendung dieser Methode ist veröffentlicht (Wilson et al., N Engl J Med, 2014; Hoffmann et al., N Engl J Med, 2015).
Nachteile der Methode sind derzeit noch der hohe Zeit- und Kostenaufwand, DNA-Kontaminationen in DNA-Extraktionskits und in NGS-Reagenzien sowie komplexe bioinformatische Analysen. Weitere Indikationen für die Metagenom-Sequenzierung ist die Mikrobiomanalyse bei Systemerkrankungen wie Alzheimer, Diabetes, Krebs, Allergien oder chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen.
Wir bieten den kompletten Workflow von der DNA-Extraktion über die Sequenzierung und Bioinformatik v.a. für Stuhlproben. Für den diagnostischen Einsatz der Methode für kritische, komplexe Patienten mit Verdacht auf Infektion werden derzeit Protokolle für verschiedene
Patientenmaterialien entwickelt. Zur Datenanalyse stehen eine Vielzahl von Linux-basierten Analyse-Tools zur Verfügung.

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