Seite 2: Die Verwandlung von DNA in Daten ist erschwinglich geworden

Eine zentrale Komponente des Genhacker-Laboratoriums ist der Thermocycler für die Durchführung der 1993 mit einem Chemie-Nobelpreis bedachten Polymerase-Kettenreaktion (Polymerase chain reaction - PCR). Im Gerät können gewünschte Genfragmente gezielt vermehrt werden, um zum Beispiel genügend Ausgangsmaterial für eine nachfolgende Analyse zu erzeugen.

Das 2010 von Tito Jankowski und Josh Perfetto entwickelte OpenPCR gilt als erstes kommerziell erfolgreiche Projekt in der Szene - das Patent zur PCR-Erfindung war gerade abgelaufen. Zum Stückpreis von 599 US-Dollar ist das Gerät deutlich günstiger als die handelsüblichen Pendants. Bauunterlagen und Software sind Open Source.

Mittlerweile hat Perfetto das Biotech-Start-Up-Unternehmen Chai Biotechnologies gegründet und mit Open qPCR ein PCR-Echtzeitinstrument als Nachfolger vorgestellt, das Pathogene und genetische Mutationen mittels DNA-Diagnostik aufspüren soll. Eine andere denkbare Anwendung ist die Identifizierung von in betrügerischer Absicht falsch etikettierten Nahrungsmitteln. Die Einkanal-Ausführung kostet 3500 US-Dollar, für zwei Kanäle sind 5000 US-Dollar zu berappen. Etablierte Geräte kosten ab 20000 US-Dollar aufwärts. Die Entwickler sahen hier die Notwendigkeit preiswerter und trotzdem leistungsfähiger Instrumente, die sich auch diejenigen leisten können, die sie am dringendsten brauchen - zum Beispiel für die Infektionsdiagnostik in afrikanischen Kliniken.

OpenPCR ist im Wesentlichen ein Apparat, der einen Metallblock Arduino-kontrolliert erwärmt oder abkühlt und die anfänglich in den eingesetzten PCR-Reaktionsgefäßen vorliegende DNA selektiv vervielfältigt. Um aus der so vermehrten DNA nutzbare Informationen gewinnen zu können, sind weitere aufwendige Laborschritte notwendig, die oft zu fehleranfällig für diagnostische Anwendungen sind. Hier setzt Open qPCR mit einem optischen Detektor, leistungsfähigem Prozessor und modernem Interface an. Für die Entwickler ist das Gerät die konsequente Weiterentwicklung von OpenPCR, denn nun wird die DNA nicht nur kopiert, sondern gleichzeitig in Daten umgewandelt. Und während OpenPCR noch als Kit zur Endmontage durch den Nutzer ausgeliefert wurde, wird Open qPCR funktionsbereit versandt. Um preiswerte Chemikalien beizusteuern, beinhaltet der eigens entwickelte Real-Time PCR MasterMix den benötigten fluoreszierenden Farbstoff - ebenfalls Open Source.

Der Wert des PCR-Marktes wurde 2015 mit 27 Milliarden US-Dollar geschätzt. Es gibt auch Low-tech-Versionen, wie das von Paul Vanouse an einem BioARTCAMP-Lagerfeuer im kanadischen Banff-Nationalpark vorgestellte Deep Woods PCR, eine funktionsfähiger Campingplatz-Thermocycler.