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Who Do We Think We Are?

Blaue, braune oder grüne Augen? Welche Haarfarbe? Welche Krankheiten bedrohen uns? Wes Kind bin ich? Das und vieles mehr ist in unseren Genen gespeichert oder zumindest angelegt. Auch bei der in Krimis und dem wahren Leben immer wieder gestellten Frage: „Wer war es?“, wird die Genanalyse zu Rate gezogen. Der „genetische Fingerabdruck“ ist zu einem häufigen und untrüglichen Beweismittel geworden. Nicht zuletzt hält die Genomanalyse bei vielen gesundheitlichen Fragen den Schlüssel in der Hand für bahnbrechende Entwicklungen.

Die entscheidende Grundlage dafür ist die Möglichkeit einer ganzheitlichen Genomanalyse. Dieser kommt deshalb eine stetig wachsende Bedeutung zu. Eine darin führende Technologie ist die als „Sequencing-by-synthesis“ bekannte Methode, deren Prinzip auf der Fluoreszenzmikroskopie basiert. Seit ihrer Entwicklung hat sie gewaltige Fortschritte gemacht. Geschwindigkeit und Präzision sind um mehrere Größenordnungen gestiegen, gleichzeitig sind die Kosten um ebenfalls mehrere Größenordnungen gesunken. Großen Anteil an dieser Entwicklung haben auch die Positioniertechniken in den eingesetzten Mikroskopsystemen.

DNA Rekombination durch Detektion von Fluoreszenzsignalen

Bei der „Sequencing-by-synthesis“-Methode werden in sogenannten „Flowcells“ fluoreszenzmarkierte Nukleotide in einem schrittweisen Prozess komplementär in eine single-strand DNA eingebaut und damit „synthetisiert“. Wenn es zu der gewünschten Rekombination des Basenpaares kommt, entsteht für jede der vier verschiedenen Basenpaarkombinationen ein charakteristisches Fluoreszenzfarbsignal im visuellen Spektrum. Es handelt sich um die vier Farben: blau, grün, gelb und rot. Diese Signale können mikroskopisch detektiert werden.

Da die Signale schwach und zudem sehr kurzlebig sind, muss der Prozess des Auslesens entsprechend schnell vonstattengehen. Dafür sind zwei aufeinander abgestimmte Positioniervorgänge nötig.

Zunächst muss die Flowcell präzise unter dem Objektiv stehen. Dazu bietet PI hochgenaue XY-Kreuztische an. Je nach Größe der Flowcell und konkreter geometrische Ausgestaltung wird die Flowcell teilweise über mehr als 100 mm verfahren – das muss schnell aber mit hoher Präzision erfolgen, um alle Signale erfassen zu können.

Darüber hinaus muss das Objektiv entlang der optischen Achse, innerhalb der Tiefenschärfe des Objektivs, präzise zum Ereignis ausgerichtet werden. Je nach Vergrößerungsfaktor des Objektivs liegt die Tiefenschärfe unter Umständen im Bereich von wenigen hundert Nanometern. Neben der entsprechenden Präzision sind auch hier Geschwindigkeit und Dynamik Trumpf. Denn einerseits ist die exakte Höhe des Ereignis (Fluoreszenzsignal) nicht vorab bekannt, und andererseits sind Unebenheiten der Flowcell sowie durch die Bewegung der XY-Positioniertische zu egalisieren.

Neben PIFOC® Objektivverstelleinheiten, auf Basis von hebelübersetzten Piezoaktoren, bietet PI auch hochdynamische Voice-Coil Antriebe mit großen Stellwegen für die Z-Fokussierung an.

 

Weitere Details zu den Angeboten von PI für die Genomanalyse finden Sie in unserer Broschüre.

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