Molekulare Diagnostikmethoden und -techniken
Molekulare Diagnostikmethoden detektieren und charakterisieren Krankheiten auf der Ebene von Nukleinsäuren und anderen Molekülen, anstatt sich ausschließlich auf die Zell- oder Gewebemorphologie zu stützen. Dieser Bereich führt den Leser in die wichtigsten Labortechnologien der molekularen Pathologie ein – Amplifikation, Sequenzierung, Hybridisierung, quantitative Analyse und die Probenahme zirkulierender Biomarker – und zeigt, wie jede davon eine biologische Probe in einen molekularen Messwert umwandelt.
Definition
Molekulare Diagnosetechniken sind Labormethoden, die spezifische Nukleinsäuresequenzen (und verwandte Moleküle) identifizieren, amplifizieren, sequenzieren, quantifizieren oder lokalisieren, um die molekulare Grundlage von Krankheiten zu charakterisieren.
Scope
Dieser Bereich bietet eine übergeordnete Übersicht über die in der molekularen Pathologie verwendeten Techniken und gliedert sie in fünf Themenbereiche: Nukleinsäureamplifikation, DNA- und RNA-Sequenzierung, zytogenetische und FISH-Methoden, quantitative Echtzeit- und Kopienzahl-Analyse sowie Flüssigbiopsie. Er versteht diese als methodisches Referenzmaterial, nicht als Protokolle oder klinische Leitlinien.
Sub-topics
Key concepts
- Nukleinsäureamplifikation
- DNA- und RNA-Sequenzierung
- Hybridisierung und In-situ-Detektion
- Quantifizierung und Kopienzahl-Analyse
- Zirkulierende Biomarker und Flüssigbiopsie
- Analytische Sensitivität und Spezifität
Mechanisms
Alle Methoden in diesem Bereich folgen einem gemeinsamen Schema: Eine Zielnukleinsäure wird eingefangen oder extrahiert, dann selektiv amplifiziert, hybridisiert, sequenziert oder quantifiziert, um ein messbares Signal zu erzeugen. Amplifikationstechniken wie die Polymerase-Kettenreaktion machen seltene Sequenzen nachweisbar (Saiki et al., 1985); die Sequenzierung liest die Basenreihenfolge entweder durch Kettenabbruch (Sanger et al., 1977) oder durch massiv parallele Plattformen (Goodwin et al., 2016); Hybridisierungsbasierte Methoden lokalisieren Sequenzen innerhalb von Zellen oder Chromosomen; und quantitative Methoden schätzen die Menge eines vorhandenen Ziels. Die Flüssigbiopsie erweitert diese Werkzeuge auf Nukleinsäuren, die in Blut und andere Flüssigkeiten abgegeben werden (Wan et al., 2017).
Clinical relevance
Molekulare Diagnosetechniken untermauern einen Großteil der zeitgenössischen diagnostischen Pathologie, von der Detektion von Pathogenen bis zur Charakterisierung von Tumoren. Dieser Eintrag beschreibt die Technologien als Referenzrahmen zum Verständnis, wie molekulare Ergebnisse generiert werden; er ist kein Leitfaden für die Anordnung, Interpretation oder das Handeln bei spezifischen Tests in der Patientenversorgung.
Evidence & guidelines
Die Methoden in diesem Bereich werden durch eine umfangreiche Primär- und Übersichts-Literatur gestützt, die von den grundlegenden Beschreibungen der PCR und Sanger-Sequenzierung bis hin zu modernen Next-Generation-Sequenzierungen und Übersichten über zirkulierende Tumor-DNA reicht (Saiki et al., 1985; Sanger et al., 1977; Goodwin et al., 2016; Wan et al., 2017). Detaillierte Berichtsstandards und Konsensempfehlungen werden in den einzelnen Themeneinträgen erörtert.
History
Die molekulare Diagnostik entstand aus der Konvergenz der rekombinanten DNA-Technologie in den 1970er Jahren, der Kettenabbruch-Sequenzierung nach Sanger (1977) und der Erfindung der PCR Mitte der 1980er Jahre (Saiki et al., 1985). Die folgenden Jahrzehnte brachten die quantitative Echtzeit-PCR, die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, Microarrays und die Hochdurchsatzsequenzierung hervor, wodurch sich das Feld von Einzelgen-Assays auf Genom-weite Analysen (Goodwin et al., 2016) und neuerdings auf minimalinvasive Flüssigbiopsie (Wan et al., 2017) erweiterte.
Key figures
- Kary Mullis
- Frederick Sanger
- Russell Higuchi
Related topics
Seminal works
- saiki-1985
- sanger-1977
- goodwin-2016
Frequently asked questions
- Was unterscheidet die molekulare Diagnostik von der konventionellen Pathologie?
- Die konventionelle Pathologie stützt sich weitgehend auf das Erscheinungsbild von Zellen und Geweben, während die molekulare Diagnostik spezifische Nukleinsäuresequenzen und molekulare Veränderungen direkt detektiert und charakterisiert, oft Veränderungen aufdeckt, die unter dem Mikroskop unsichtbar sind.
- Was sind die Hauptfamilien der molekularen Diagnosetechniken?
- Dazu gehören die Nukleinsäureamplifikation, die DNA- und RNA-Sequenzierung, zytogenetische und In-situ-Hybridisierungsmethoden, die quantitative Echtzeit- und Kopienzahl-Analyse sowie die Analyse zirkulierender Biomarker mittels Flüssigbiopsie.