Oxford Nanopore: Das Internet der lebenden Dinge

Erst gab es das Internet, das Computer vernetzte. Dann folgten mit dem Internet der Dinge beliebige Gegenstände. Und jetzt soll es auch ein Internet of Living Things geben - ein Internet der Organismen.

Artikel von Werner Pluta veröffentlicht am 13. Mai 2016, 9:00 Uhr

DNA-Strang: regelmäßige, geografisch zugeordnete, kostengünstige Inventarisierung jeder DNA (Bild: Pixabay/CC0 1.0)

Wie verbreiten sich Viren? Sind Erreger im Wasser? Und was esse ich da eigentlich gerade? Das britische Unternehmen Oxford Nanopore hat ein DNA-Sequenzierungsgerät für die Hosentasche entwickelt, das dies alles beantwortet. Doch das soll nicht alles sein. Der Plan ist viel größer: eine Echtzeitüberwachung biologischer Daten und deren Auswertung durch eine Vernetzung der biologischen Welt.

"Was den meisten nicht bewusst ist: Die Welt ist voller DNA. Sie ist überall - in allem, was lebt, in allem, was gestorben ist. Das Blut ist voller DNA, ebenso Zellen, Viren, Bakterien. Sie ist da und wartet darauf, gezählt, inventarisiert und verfolgt zu werden", sagt Clive Brown, Oxford Nanopores Technikchef, im Gespräch mit Golem.de. DNA ist die Abkürzung für Deoxyribonucleic Acid, auf Deutsch: Desoxyribonukleinsäure. Diese Moleküle tragen das Erbgut eines Lebewesens.

Minion passt in die Hosentasche

Oxford Nanopore hat DNA-Sequenzierer entwickelt, Geräte, die die Nukleotid-Abfolge in einem DNA-Molekül bestimmen und damit auch, um welche DNA es sich handelt. Solche Geräte sind zwar nicht neu, normalerweise aber riesig und nur etwas für den Gebrauch im Labor. Nicht so die von Oxford Nanopore: Promethion passt auf den Schreibtisch, Minion sogar in die Hosentasche.

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Minion ist en DNA-Sequenzierungsgerät für den Einsatz draußen. (Bild: Oxford Nanopore)

Kernstück des Geräts ist ein Durchflussmodul mit einem Biochip. Der besteht aus vielen, 1,5 Nanometer großen Protein-Nanoporen in einer Membran. Die Membran ist mit Mikrogerüsten an einem Sensorchip befestigt. In jedem der Mikrogerüste befindet sich eine kleine Elektrode, so dass mehrere Messungen zur gleichen Zeit möglich sind. Der Sensorchip wiederum sitzt auf einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application-specific Integrated Circuit, Asic).

DNA lässt Spannung abfallen

Eine Probe wird in einer Flüssigkeit gelöst, die Lösung in das Gerät eingegeben. Vorbereitet wird die Probe mit dem Zusatzgerät Voltrax. An die Membran von Minion wird eine Spannung angelegt, wodurch Ionen durch die Poren fließen. Wenn sich ein DNA-Strang in die Pore setzt, wird der Durchfluss behindert und die Spannung fällt ab. Jeder der vier Basen, aus denen die DNA besteht - Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T) -, ändert den Strom dabei auf eine charakteristische Art und Weise. Betrieben wird Minion an einem Computer, an den das Gerät über USB 3 angeschlossen wird. Eine Software entschlüsselt die elektrischen Signale und analysiert, um welche DNA es sich handelt.

Minion sei derzeit das kleinste derartige Gerät auf dem Markt, sagt Brown. Das eröffne ganz neue Möglichkeiten. Dazu gehört etwa, DNA-Sequenzierungen vor Ort durchzuführen. In Guinea wurden die Geräte im vergangenen Jahr eingesetzt, um die Stämme des Ebola-Virus zu identifizieren. An der Ebola-Epidemie waren 2014 in Westafrika mehr als 11.000 Menschen gestorben. Durch die DNA-Sequenzierung vor Ort ließ sich nachvollziehen, woher das Virus kam und wie die Ansteckungskette verlief. Ähnliche Daten werden jetzt über das Zika-Virus gesammelt.

Es gibt aber auch alltäglichere Anwendungen.