Nationales Studienzentrum für Sequenzierungen in der Risikobewertung

Jüngste Fortschritte in der mikrobiellen Gesamtgenomsequenzierung und Metagenomanalyse mittels Next Generation Sequencing spielen für die Bewertung von mikrobiellen Risiken eine immer größere Rolle. Lebensmittelbedingte Krankheitsausbrüche können zum Beispiel durch die Anwendung der neuen hochauflösenden Technologie sicherer nachverfolgt, dokumentiert und aufgeklärt werden.

Auch für die Charakterisierung von lebensmittelbedingten Krankheitserregern bietet die Gesamtgenomsequenzierung in Zukunft wesentliche Vorteile. Klassische Typisierungsverfahren, wie die Serotypisierung, Zielgenamplifikation von bestimmten Genen (z. B. Toxingene), Antibiotikaresistenzgenbestimmung, Pulsfelgelelektrophorese (PFGE) und „Multiple-locus variablenumber of tandem repeats analysis“ (MLVA) können durch die Gesamtgenomsequenzierung ersetzt bzw. Analysemöglichkeiten erweitert werden.

Über alle Bereiche des öffentlichen Gesundheitswesens von der Tiergesundheit, über die Lebensmittelsicherheit bis hin zur Umwelt („One Health-Konzept“) bietet die mikrobielle Gesamtgenomanalyse das Potential, als diagnostisches Untersuchungsverfahren interdisziplinär harmonisiert und standardisiert zu werden und damit die Ergebnisse aus den verschiedenen Fachgebieten vergleichbar zu machen.

Aufgaben des Nationalen Studienzentrums

Das Nationale Studienzentrum für Sequenzierungen in der Risikobewertung vereint am BfR die Expertise zu mikrobiellen Next Generation Sequencing (NGS)-Verfahren der zweiten und dritten Generation. Es unterstützt die Labore des BfR, Projekte unter Verwendung der Technologie zu planen und durchzuführen. Zudem ist dem Nationalen Studienzentrum durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) seit September 2021 die Aufgabe zugeordnet worden, die amtlichen Untersuchungseinrichtungen in der Lebensmittelüberwachung bei der Etablierung der Gesamtgenomsequenzierung von bakteriellen Isolaten zu unterstützen. Es schlägt Datenmanagementkonzepte vor, die zu einer effizienten länderübergreifenden Lösung für die Typisierung von Bakterienisolaten im Rahmen der Aufklärung von lebensmittelbedingten Ausbrüchen beitragen. Das Studienzentrum führt daneben eigene Forschungsvorhaben auf dem Gebiet der Genomik (Gesamtheit des Genoms eines Isolats) und Metagenomik (Gesamtheit aller Genome einer Probe) durch und beteiligt sich aktiv an der nationalen und internationalen Harmonisierung der Verfahren.

Dem Studienzentrum steht für seine Aktivitäten eine Vielzahl an Technologieplattformen zur Verfügung. Es betreibt Geräte, die sowohl für eine Hochdurchsatzsequenzierung von Isolaten als auch für komplexe Metagenomproben eingesetzt werden können. Für die Erstellung von geschlossenen Referenzgenomsequenzen und Plasmiden werden darüber hinaus Geräte benutzt, die lange Leselängen erzeugen können.

Zu den Aufgaben des Studienzentrums gehören:

• Entwicklung, Validierung und Standardisierung von laborexperimentellen und bioinformatischen Lösungen für die Typisierung von Isolaten mittels Next Generation Sequencing
• Koordinierung der Genomsequenzierungen für die mikrobiologischen Nationalen Referenzlaboratorien am BfR nach der Kontroll-Verordnung (EU) 2017/625
• Unterstützung der Nationalen Referenzlabore in der Ausrichtung von Laborvergleichsuntersuchungen für die amtlichen Untersuchungseinrichtungen im Rahmen der Methodenvalidierung
• Etablierung und Bereitstellung von bioinformatischen Pipelines zur Auswertung von mikrobiellen Sequenzdaten
• Bereitstellung von Auswertungssoftware für die amtlichen Untersuchungseinrichtungen in der Lebensmittelüberwachung
• Fachliche Unterstützung bei der Aufklärung von überregionalen lebensmittelbedingten Ausbrüchen und lebensmittelbedingten Risikobewertungen in Bezug auf Genomsequenzdaten
• Drittmittelforschung auf dem Gebiet der Genomik, Metagenomik und Transkriptomik
• Mitarbeit in nationalen und internationalen Gremien zur Standardisierung der Genomsequenzierung
• Trainingskurse und Schulungen

 Apparative Ausstattung des Zentrums

Dem Studienzentrum steht für seine Aufgaben eine Vielzahl an Sequenzierungsplattformen der zweiten und dritten Generation zur Verfügung. Es betreibt Geräte, die sowohl für eine Hochdurchsatzsequenzierung von Isolaten als auch für komplexe Metagenomproben eingesetzt werden können (zweite Generation Illumina Technologie). Für die Erstellung von geschlossenen Referenzgenomsequenzen und Plasmiden werden darüber hinaus Geräte der dritten Generation (Oxford Nanopore oder Pacific BioSciences Technologie) eingesetzt, die lange Leselängen erzeugen können. Folgende Sequenziergeräte sind derzeit in Betrieb:

Illumina Technologie (short-read):
iSeq100
MiSeq
NextSeq500

Oxford Nanopore Technologie (long-read):
MK1B
MK1C
Flongle

Pacific BioSciences (long-read):
Sequel I