Forscher entwickeln Krebs-Schnelltest

Berlin -

Eine frühe Diagnose ist oftmals die Voraussetzung für eine erfolgreiche Krebstherapie. Australische Wissenschaftler haben nun einen Bluttest entwickelt, der innerhalb weniger Minuten eine Krebsdiagnose liefern kann. Für die frühzeitige Behandlung von Tumorerkrankungen könnte das eine Revolution bedeuten.

Gene codieren für bestimmte Zelleigenschaften. Ein wichtiger Mechanismus der Genregulierung ist die DNA-Methylierung. Dabei wird der Promoter, also die Stelle auf der DNA, an der mit der Ablesung begonnen wird, methyliert. Durch die enzymatische Anlagerung der Methylgruppen wird die Genexpression gehemmt. Doch nicht nur an den Promotern gibt es Methylgruppen, sondern auch innerhalb der einzelnen Gene.

Italienische Wissenschaftler konnten im vergangenen Jahr zeigen, dass die Abwesenheit von Methylgruppen innerhalb eines Gens zu Fehlern bei der DNA-Aktivierung führt. Die Methylierung hat also eine schützende Funktion: Wenn entsprechende Abschnitte im Gen fehlen, werden als Folge keine korrekten Proteine mehr produziert. Die Zellen werden im Aufbau der Zellstruktur gehindert und entarten. Zusammengefasst bedeutet das, dass fehlende Methylgruppen innerhalb der einzelnen Gene die Entstehung von Krebszellen begünstigen.

Durch die epigenetische Reprogrammierung in Krebsgenomen entsteht ein deutlich erkennbares Methylierungsmuster: An regulatorischen Regionen gibt es gruppierte Methylierungen, die durch große hypomethylierte Bereiche getrennt sind. Dieses spezielle Methylierungsmuster ist in den meisten Krebsarten wiederzufinden und kann daher als universeller Krebs-Biomarker dienen. Das berichten nun Forscher um Professor Dr. Mat Trau vom Australischen Institut für Bioingenieurwesen und Nanotechnologie (AIBN) der Universität Queensland im Fachjournal „Nature Communications“.

Wie aus der Studie zu entnehmen ist, konzentrierten sich bislang die meisten Forschungen auf die biologischen Folgen der Veränderungen der DNA-Methylierungsmuster, während deren Einfluss auf die physikochemischen Eigenschaften der DNA noch unerforscht sei. Die Wissenschaftler untersuchten deshalb den Einfluss der Konzentrationen und der genomischen Verteilung von der modifizierten DNA-Nukleinbase 5-Methylcytosin auf die physikochemischen Eigenschaften der Erbinformation, um den Biomarker zu detektieren. Die Substanz wird in vivo nach der DNA-Synthese aus Cytosin durch Hinzufügen einer Methylgruppe gebildet. Sie spielt eine wichtige Rolle in der Epigenetik und ist an der An- und Abschaltung von Genen und wahrscheinlich auch an der Organisation der DNA in Chromosomen beteiligt.

Die Forscher legen nahe, dass die DNA-Synthese durch die von Methylcytosin induzierten verschiedenen Methylierungsmuster stark beeinflusst wird, was zu grundlegenden Unterschieden zwischen krebsartigen und normalen Genomen führt. Diese Unterschiede nutzten sie, um hochempfindliche und selektive elektrochemische oder colorimetrische Assays zum Nachweis von Krebs zu entwickeln. Die Analysezeit des Schnelltest liegt den Studienergebnissen zufolge bei weniger als zehn Minuten und erfordert lediglich eine minimale DNA-Probe. Bisher wird Krebs, abhängig von der Art, mittels verschiedener Verfahren wie Darmspiegelung oder Mammographie diagnostiziert. Das ist im Vergleich zu einem Schnelltest mit einem größeren Aufwand verbunden.

Laut Studienleiter Trau führen die Cluster von Methylgruppen, die in einer Lösung angeordnet waren, dazu, dass sich Krebs-DNA-Fragmente in einzigartige dreidimensionale Nanostrukturen falten, die leicht durch Anhaften an festen Oberflächen wie Gold getrennt werden können. „Wir haben einen einfachen Test mit Goldnanopartikeln entwickelt, die sofort die Farbe ändern, um festzustellen, ob 3D-Nanostrukturen von Krebs-DNA vorhanden sind“, so der Professor. Die neue Technologie habe sich in Tests mit 200 menschlichen Proben mit Krebszellen und gesunder DNA als zu 90 Prozent genau erwiesen. Dem Forscher zufolge ist die Entdeckung, dass gesunde DNA und Krebs-DNA völlig unterschiedliche 3D-Strukturen bilden, ein Durchbruch in der nicht-invasiven Erkennung von Krebs in jedem Gewebetyp.