Software soll krankmachende Genveränderungen aufspüren

Berlin – Wissenschaftler der „Core Unit Bioinformatics“ des Berlin Institute of Health (BIH) haben gemeinsam mit Forschern der Charité – Universitätsmedizin Berlin und des Max-Delbrück-Centrums (MDC) in der Helmholtz-Gemeinschaft eine Software entwickelt, die dabei helfen soll, krankmachende Genmutationen zu entdecken. Sie beschreiben ihre Arbeit im Fachmagazin Nucleic Acids Research (DOI: 10.1093/nar/gkaa241).

„Oft ist es ein einziger Fehler im Erbgut, der eine schwere Erkrankung zur Folge hat. Doch weil zwei gesunde Menschen schon etwa drei Millionen Unterschiede in ihrem Erbgut aufweisen, ist es gar nicht so leicht, die eine, krank machende Abweichung zu entdecken und von einer harmlosen Genvariante zu unterscheiden“, erläutern die Wissenschaftler.

Für die genetische Analyse isolierten die Wissenschaftler das Erbgut aus Blutzellen von Patient, lasen die Sequenz und verglichen diese mit dem Erbgut von Eltern, Geschwistern oder den vorhandenen Erbgut-Analysen in großen Datenbanken.

„Selbst wenn wir nur die eiweißkodierenden Bereiche des Erbguts analysieren, das soge­nannte Exom, müssen wir Millionen von Bausteinen vergleichen. Dazu benötigt man leis­tungsfähige Software, die die Unterschiede entdeckt“, berichtet Dieter Beule, der Leiter der BIH Core Unit Bioinformatics.

Doch selbst zwischen zwei gesunden Personen unterscheide sich das Erbgut in den ko­die­r­enden Bereichen an rund 30.000 Positionen. Deshalb entwickelten sie die Software „VarFish“. Sie vergleicht die eingegebene Sequenz des Patienten mit Sequenzen aus welt­weit zusammengetragenen Datenbanken.

Die Wissenschaftler greifen dabei auf viele offene und freie Datenressourcen zurück, wie die amerikanischen Datenbanken vom National Center for Biotechnology Information, der Universität von Washington, Seattle, dem European Bioinformatics Institute EBI in Cam­bridge, UK, aber auch auf Datenbanken und Algorithmen der Charité und des BIH.

„Innerhalb weniger Sekunden kann VarFish 29.950 von den 30.000 Unterschieden aus­schließen“, erläuterte Beule. Denn viele dieser Abweichungen finde die Software auch in den Sequenzen der Bevölkerungsdaten. Diese führen dort offenbar nicht zu auffälligen Problemen und seien daher aller Wahrscheinlichkeit nach nicht für eine Erkrankung ver­antwortlich.

Die übrig gebliebenen 50 Genvarianten vergleichen die Wissenschaftler dann mit bereits bekannten Erbkrankheiten und können so den Kreis der in Frage kommenden, ursächlich verantwortlichen Veränderungen weiter auf etwa zehn eingrenzen. „VarFish unterstützt die Anwender bei der Analyse ihrer molekulargenetischen Daten sowohl in der Grundla­genforschung als auch in der klinischen Anwendung“, so Beule.

hil