Entwicklung von Verfahren zur Sequenzierung von Massenproben

Hintergrund

Es gibt in der Natur eine überwältigende Anzahl von Insektenarten, die sich nur annähernd schätzen lässt. Beispielsweise gibt es über 150.000 beschriebene Diptera Arten und über 350.000 beschriebene Coleoptera Arten und weitaus mehr, die noch nicht beschrieben wurden. Das Bundesamt für Naturschutz führt eine Liste von über 33.000 Insektenarten in Deutschland, welche jedoch noch lange nicht vollständig ist. Die erforderliche Arbeitszeit, um alle Arten aus gesammelten Umweltproben von Experten bestimmten zu lassen wäre einfach unbezahlbar und darüber hinaus zu langwierig. Hinzu kommt, dass für viele der vorkommenden Taxa die Experten fehlen. Die Identifizierung bedarf einer Automatisierung, welche auf bestehendem Expertenwissen basiert und den Prozess beschleunigt.

Bis jetzt können immer nur ausgewählte Arten bei Untersuchungen berücksichtigt werden, einfach weil Zeitaufwand und Kosten sonst zu hoch wären. Da mit diesen traditionellen Methoden viel zu viel Information nicht erfasst wird, bedarf es neuer Technologien und umfassender Datenbanken, um sowohl mit bekannten, als auch unbekannten Arten zu arbeiten zu können und die Effizienz durch die gleichzeitige Auswertung vieler verschiedener Proben zu erhöhen. Artspezifische genetische Marker sind der Schlüssel, um dieses Ziel zu erreichen. Dieser Ansatz wird das zukünftige Biomonitoring erheblich verbessern.

Ziele

Die Ziele des DNA Barcoding Projekts sind:

Verkürzung der Zeit für die Identifizierung von Umweltproben
Erhöhung der Kosteneffizienz
Entwicklung eines Workflows für die Verarbeitung bekannter und unbekannter Arten
Identifizierung der Arten in allen Entwicklungsstadien

Aufgaben

Es werden zwei unterschiedliche Ansätze zur Analyse von Massenproben verfolgt werden, um deren Vor- und Nachteile zu vergleichen.

Einer dieser Ansätze basiert auf der PCR Amplifizierung, welche für die Bearbeitung von einzelnen Sequenzen bereits voll etabliert ist. In der Bearbeitung von Massenproben ergeben sich jedoch einige Probleme, die es zu erkennen und zu minimieren gilt. Artefakte wie Chimären oder auch Hybridsequenzen, die entstehen, müssen weitestgehend reduziert und die verbleibenden identifiziert werden.
Der zweite Ansatz setzt auf die Vermeidung solcher Hybridsequenzen. Beim Target Enrichment werden die Sequenzen nicht amplifiziert, sondern aus dem DNA-Gemisch herausgefiltert, bevor sie sequenziert werden. Dies gewährleistet, dass erst gar keine Artefakte enstehen.

Eine Diversitätsanalyse zweier unterschiedlicher Exploratorienhabitate soll dabei den Workflow testen. Um eine ausreichend hohe Anzahl von Proben in adäquater Qualität von DNA und Organismus für die Massensequenzierung zu bekommen, wurden neue, automatisierte Malaisefallen entwickelt, welche in den Untersuchungsbieten getestet werden. Sie kombinieren niedrige Wartungsintensität mit hoher Zuverlässigkeit. Ihr selbstständiges Design dient einer weiteren Verbesserung der Effizienz.