Targeted Next Generation Sequencing - Definition & Anwendung

Was ist Targeted Next Generation Sequencing?

Targeted Next Generation Sequencing (Targeted NGS) ist ein hochmodernes molekulargenetisches Analyseverfahren, bei dem gezielt ausgewählte Bereiche des menschlichen Erbguts (DNA) gleichzeitig und mit hoher Präzision sequenziert, also in ihrer Basenabfolge bestimmt, werden. Im Gegensatz zur Sequenzierung des gesamten Genoms (Whole Genome Sequencing) oder aller proteinkodierenden Bereiche (Whole Exome Sequencing) konzentriert sich das Targeted NGS auf ein vorab definiertes Panel von Genen oder genomischen Regionen, die für eine bestimmte Erkrankung oder Fragestellung klinisch relevant sind.

Das Verfahren gehört zur Gruppe der Hochdurchsatzsequenzierungsmethoden (Next Generation Sequencing, NGS) und ermöglicht die parallele Analyse von Hunderttausenden bis Millionen von DNA-Fragmenten in einem einzigen Analyselauf. Dies macht es zu einem unverzichtbaren Werkzeug der modernen Präzisionsmedizin und personalisierten Therapie.

Funktionsprinzip und Ablauf

Die Durchführung eines Targeted NGS umfasst mehrere aufeinanderfolgende Schritte:

• DNA-Extraktion: Aus einer Patientenprobe (z. B. Blut, Gewebe, Knochenmark oder Abstrich) wird die genomische DNA isoliert.
• Library Preparation (Bibliotheksvorbereitung): Die DNA wird fragmentiert und mit spezifischen Adaptermolekülen versehen, die eine Bindung an die Sequenzierungsplattform ermöglichen.
• Target Enrichment (Zielregion-Anreicherung): Mittels Hybridisierungssonden oder PCR-basierter Amplifikation werden ausschließlich die gewünschten Genregionen angereichert und selektiert.
• Sequenzierung: Die angereicherten DNA-Fragmente werden auf einer NGS-Plattform (z. B. Illumina, Ion Torrent) in Millionen parallelen Reaktionen sequenziert.
• Bioinformatische Auswertung: Die generierten Rohdaten werden mit speziellen Algorithmen gegen ein Referenzgenom abgeglichen, um genetische Veränderungen (Varianten) zu identifizieren und zu klassifizieren.

Klinische Anwendungsgebiete

Targeted NGS wird in zahlreichen medizinischen Fachgebieten eingesetzt:

Onkologie

In der Krebsdiagnostik ermöglicht Targeted NGS die Analyse von tumorspezifischen Mutationen in relevanten Genen wie BRCA1/2, EGFR, KRAS, ALK oder TP53. Diese Informationen sind entscheidend für die Auswahl zielgerichteter Therapien (Targeted Therapy) und die Prognoseabschätzung.

Humangenetik und Seltene Erkrankungen

Bei der Abklärung seltener genetischer Erkrankungen ermöglicht ein spezifisches Genpanel die rasche und kosteneffiziente Diagnose, wenn klinisch eine bestimmte Erkrankungsgruppe vermutet wird, z. B. Herzerkrankungen (Kardiomyopathie-Panel), Erbkrankheiten des Immunsystems oder neuromuskulare Erkrankungen.

Infektiologie und Mikrobiologie

Targeted NGS wird auch zur Identifikation von Erregern sowie zur Resistenztestung bei Bakterien, Viren und Pilzen eingesetzt, was eine schnelle und präzise Anpassung der Therapie erlaubt.

Pränataldiagnostik

Im Rahmen der vorgeburtlichen Diagnostik können mittels Targeted NGS genetische Erkrankungen beim Ungeborenen frühzeitig erkannt werden.

Vorteile gegenüber anderen Sequenziermethoden

• Hohe Tiefe (Sequenziertiefe): Da nur ausgewählte Regionen sequenziert werden, kann eine sehr hohe Abdeckung (Coverage) erreicht werden, was die Erkennung auch seltener Varianten ermöglicht.
• Kosteneffizienz: Im Vergleich zur Gesamtgenomsequenzierung ist Targeted NGS deutlich kostengünstiger.
• Schnelligkeit: Klinisch relevante Ergebnisse sind in kurzer Zeit verfügbar.
• Reduzierte Datenmenge: Weniger Daten vereinfachen die bioinformatische Auswertung und erleichtern die klinische Interpretation.
• Klinische Fokussierung: Die Beschränkung auf klinisch relevante Gene reduziert unerwünschte Zufallsbefunde (Incidental Findings).

Grenzen und Einschränkungen

Trotz seiner Stärken hat Targeted NGS auch Limitationen:

• Nur vorab definierte Genbereiche werden analysiert; neu entdeckte Krankheitsgene werden nicht erfasst.
• Bestimmte Mutationstypen wie große chromosomale Umbauten oder Repeat-Expansionen können schwieriger zu detektieren sein.
• Die Qualität der Ergebnisse hängt von der Qualität der eingesetzten DNA-Probe ab.
• Die Interpretation von Varianten unklarer Signifikanz (VUS) stellt eine klinische Herausforderung dar.

Bedeutung in der Präzisionsmedizin

Targeted NGS ist ein zentrales Instrument der modernen Präzisionsmedizin. Es ermöglicht eine individuelle, auf den genetischen Befund des einzelnen Patienten zugeschnittene Therapieentscheidung. Insbesondere in der Onkologie hat die Methode dazu beigetragen, dass Patienten mit spezifischen Mutationen gezielt von innovativen Medikamenten profitieren können, die ohne eine solche Diagnostik nicht eingesetzt werden würden.

Quellen

1. Metzker, M. L. (2010). Sequencing technologies - the next generation. Nature Reviews Genetics, 11(1), 31-46. https://doi.org/10.1038/nrg2626
2. Sims, D., Sudbery, I., Ilott, N. E., Heger, A., & Ponting, C. P. (2014). Sequencing depth and coverage: key considerations in genomic analyses. Nature Reviews Genetics, 15(2), 121-132. https://doi.org/10.1038/nrg3642
3. Rehm, H. L. et al. (2013). ACMG clinical laboratory standards for next-generation sequencing. Genetics in Medicine, 15(9), 733-747. https://doi.org/10.1038/gim.2013.92