Pioniere der krankheitsorientierten Populationsgenetik

Arbeitsgruppe Biomaterialbanken der TMF besucht Biobanken in Island

Die AG Biomaterialbanken besuchte am 8. Juli 2013 neben den Biobanken im Universitätsklinikum in Reykjavik auch die Firma deCODE genetics.

15.07.2013. Island ist weltweit das einzige Land, das über die Möglichkeit verfügt, genetische Varianten mit hohem Risiko und großer Wahrscheinlichkeit von Krankheiten der Bevölkerung für die Prävention von Erkrankungen nutzen zu können. Mit deCODE genetics, drei universitären Biobanken sowie Biobanken von Fachgesellschaften gibt es hier eine Forschungsinfrastruktur, die es erlaubt, die Chancen zu nutzen, die sich aus den Besonderheiten der isländischen Population und ihrer historischen Entwicklung ergeben. Sowohl Technologie als auch Ergebnisse könnten dennoch auch auf die europäische Bevölkerung übertragen werden, so die Einschätzung der isländischen Biobank-Experten beim Besuch der TMF-Arbeitsgruppe Biomaterialbanken am 8. Juli 2013 in Reykjavik.

Island hat lediglich 300.000 Einwohner, die – vermutlich aufgrund eines so genannten „Gründereffektes“ – geno- und phänotypisch vergleichsweise homogener sind; Familienstammbäume lassen sich bis zu den Gründerzeiten um 900 n. Chr. zurückverfolgen. Schon seit fast 100 Jahren verfügt Island über ein zentralisiertes Gesundheitssystem, die Bevölkerung ist gegenüber neuen Technologien und innovativen Vorgehensweisen – auch in der medizinischen Versorgung – recht offen. Diese Bedingungen wirken sich günstig auf die Erforschung von Erbgutvarianten aus. Genetiker vermuten, dass der Einfluss dieser Varianten auf die Entstehung von Volkskrankheiten hier leichter untersucht werden kann als in den viel heterogeneren Populationen im übrigen Europa.

Dezentrale Biobanken mit Qualitätskontrolle im Universitätsklinikum

Am Universitätsklinikum in Reykjavik werden drei Biobanken betrieben: in der Pathologie, unter dem Dach der Laboratoriumsmedizin und in der Mikrobiologie. Diese Biobanken werden dezentral in verschiedenen Departments des Klinikums geführt. Dabei handele es sich in der Regel um klassische Tiefkühlschrank-Parks ohne Barcode-Tracking und ohne eine hochgradige Automatisierungs-Robotik für die Verarbeitung der Proben, so die Mitglieder der Arbeitsgruppe, die an dem Besuch teilnahmen. Allein in der pathologischen Biobank werden mehr als eine halbe Million Proben von mehr als 400.000 Individuen gelagert.

Klinikums-weit ist in den vergangenen Jahren unter der Leitung der Biobankmanagerin Halla Hauksdóttir ein automatisches Online-Monitoring-System zur Überwachung der Temperaturen in den Kühlschränken etabliert worden. Dieses ist mit dem Kommunikations- und Alarmsystem der Universität Reykjavik verbunden. Neben der schnellen Behebung von Störfällen habe das System sich auch für die Qualitätskontrolle der Komponenten wie Kühlschränke und Sensoren sehr bewährt, berichtete Hauksdóttir. Es stelle derzeit das Rückrat eines Qualitäts-kontrollierten Proben- und Datenhandlings im Klinikum dar.

Tiefe Phänotypisierung als Erfolgsfaktor

Die Icelandic Heart Association (IHA), eine unabhängige Non-Profit-Institution mit dem Ziel, kardiovaskuläre Erkrankungen in Island zu bekämpfen, lagert Probenmaterial von mehr als 70.000 Isländern in ihrer Biobank. In der so genannten „Reykjavik-Studie“, einer groß angelegten prospektiven epidemiologischen Studie mit über 30.000 Frauen und Männern, die zwischen 1907 und 1935 in Island geboren wurden, hat die IHA in den letzten 40 Jahren die Risikofaktoren bei Herzerkrankungen untersucht. In Nachfolgestudien untersuchen die Isländer nun gemeinsam mit US-Forschern den Einfluss der genetischen Veranlagung und von Gen-Umwelt-Interaktionen im Hinblick auf verschiedene gesundheitliche Konditionen beim Altern.

Eine wesentliche Voraussetzung für die wissenschaftlichen Kollaborationen und die erfolgreichen Publikationen der IHA-Forschung ist eine hervorragende „tiefe Phänotypisierung“ der Proben bzw. der Studienteilnehmer durch das klinische Labor der IHA. Dabei werden neben den konventionellen Testassays zur Bestimmung von kardiovaskulären Risikofaktoren mittlerweile zusätzliche und teilweise mit großem Aufwand durchzuführende Methoden aufgenommen.

Die meistzitierten Wissenschaftler in der gesundheitsorientierten, genomweiten Forschung


Dr. Unnur Thorsteinsdóttir, Vizepräsidentin für Forschung bei deCODE genetics ...

... und Páll Gestsson, Leiter der Robotik, führten die Teilnehmer der Exkursion durch die Biobank.

Das Unternehmen deCODE genetics setzt bereits seit vielen Jahren auf Automatisierung, Barcoding und robotergestütztes Probenhandling für seine Biobank. Da entsprechende Technologie und Software Anfang der 2000er-Jahre noch nicht verfügbar war, wurden geeignete Systeme aus eigenen Mitteln entwickelt oder umgebaut. Dr. Unnur Thorsteinsdóttir, Vizepräsidentin für Forschung, und Páll Gestsson, Leiter der Robotik, zeigten den Besuchern aus Deutschland unter anderem Roboter zur Probenein- und -ausgabe, die ursprünglich aus der Autofertigungsindustrie stammten. Diese wurden damals für den Tieftemperaturbereich umgerüstet und umprogrammiert. Sie erhielten beispielsweise Schutzummantelungen, damit sie auch bei weniger als -20° Celsius reibungslos funktionieren. Die Automaten sind nach wie vor funktionsfähig. Heute sind bei deCODE genetics die allermodernsten Arraytechnologien, Roboter und Sequenziermaschinen im Einsatz. Nicht nur die für die Datengenerierung notwendigen Schritte und Kontrollen, sondern insbesondere auch alle Prozesse der Datenbankanalyse und -auswertung sind hochgradig automatisiert.


	Dr. Kari Stefansson hat deCODE genetics bereits 1996 gegründet. Mit seinen Mitarbeitern gehört er welt- weit zu den meistzitierten Wissenschaftlern. (© de CODE genetics)

Dr. Kari Stefansson hatte deCODE genetics 1996 gegründet, in einer von BioTech-Euphorie geprägten Zeit. Bereits in der damaligen Prä-Genom-Ära hatte er vorausgesehen, dass die isländische Population für krankheitsorientierte, populationsgenetische Studien besonders geeignet ist. Als akademische Ausgründung wurde deCODE genetics immer über Venture-Capital finanziert und ist unlängst von der Pharmafirma AMGEN übernommen worden. Den Betreibern ist es dennoch gelungen, weiterhin eigenständige, akademische Forschung auf allerhöchstem Niveau zu betreiben. Das Unternehmen erzielt bis heute keine kommerziellen Gewinne. Zusammen mit seinen etwa 140 deCODE genetics-Mitarbeitern gilt Stefansson allerdings weltweit als der meistzitierte Wissenschaftler auf dem Feld der gesundheitsorientierten, genomweiten Forschung.

Mittlerweile haben die deCODE-Wissenschaftler das Genom von 2.600 Isländern vollständig sequenziert und weitere 120.000 haben eingewilligt sich hochgenau genotypisieren zu lassen. Mit Hilfe dieser Informationen und dem Wissen zu genealogischen Daten hat es die deCODE-Bioinformatik geschafft, die Genomvarianten quasi aller Isländer in ihrer Datenbank abzubilden. Diese steht nun zur Verfügung, um hochpenetrante Genomvariationen, die mit extrem hohem Risiko für das Ausbrechen von gefährlichen Krankheiten, z. B. Krebs, behaftet sind, für präventive Maßnahmen im Gesundheitssystem Islands zu verwenden. Hier sei man weiter als der Rest der Welt, und die isländische Gesellschaft müsse nun entscheiden, auf welche Weise sie mit einer solchen umfassenden Ressource zu Genomvarianten mit Bedeutung für die Patientenversorgung umgehen wolle.


Roboter zur Probenein- und Aus- gabe. Sie stammen ursprünglich aus der Autofertigungsindustrie und wurden für den Tieftempera- turbereich umgerüstet.		Bei deCODE genetics lagern ca. 500.000 Proben. Das Genom von 2.600 Isländern konnte bereits vollständig sequenziert werden.		deCODE genetics setzt bereits seit vielen Jahren auf Automati- sierung, Barcoding und roboter- gestütztes Probenhandling für seine Biobank.

Die Mitglieder der AG Biomaterialbanken bei ihrem Besuch des Universitätsklinikums in Reykjavik v. l. n. r.: Bjarni A. Agnarsson (Department of Pathology, University Hospital, Reykjavik), Magnus K. Magnusson (University of Iceland, Biomedical Center, Reykjavik), Halla Hauksdóttir (Security- and Qualitymanager of Clinical Biobanking, University Hospital, Reykjavik), Jon J. Jonsson (Department of Clinical Genetics, University Hospital, Reykjavik), Manuela Bergmann (Deutsches Institut für Ernährungsforschung, Potsdam), Michael Hummel (Charité Berlin, Institut für Pathologie), Karoline I. Gaede (Forschungszentrum Borstel, Klinische and Experimentelle Pathologie), Michael Neumann (Universitätsklinikum Würzburg, Interdisziplinäre Biomaterial- und Datenbank Würzburg), Helga Kristjansdottir (Centre for Rheumatology Research , University Hospital, Reykjavik), Nadine Mathieu (Universitätsmedizin Göttingen, Institut für Medizinische Informatik), Anita Posevitz-Fejfár (Universitätsklinikum Münster, Klinik für Allgemeine Neurologie), Edgar Dahl (Universitätsklinikum RWTH Aachen, Institut für Pathologie), Alexandra Stege (Charité Berlin, Institut für Pathologie), Roman Siddiqui (TMF), Michael Kiehntopf (Universitätsklinikum Jena, Institut für Klinische Chemie und Laboratoriumsdiagnostik), Vilmundur Gudnason (Icelandic Heart Association, Reykjavik), Ulrike Bauer (Kompetenznetz Angeborene Herzfehler, Berlin), Sebastian C. Semler (TMF), Michael Krawczak (Christian-Albrechts-Universität Kiel, Institut für Medizinische Informatik und Statistik).