Genetisches Profil

Ein genetisches Profil, auch als DNA-Profil bezeichnet, ist eine Sammlung genetischer Marker, die eine eindeutige Identifizierung eines Individuums ermöglicht. Ein genetischer Marker ist ein spezifischer Abschnitt des genetischen Codes der DNA, der sich zwischen einzelnen Individuen unterscheidet. Das genetische Profil bleibt lebenslang unverändert und kann weder gefälscht noch zerstört werden. Es wird zur Identifizierung eines Individuums, zur Abstammungs- und Verwandtschaftsprüfung sowie zur Optimierung von Zuchtprogrammen eingesetzt.

Einsatzmöglichkeiten eines genetischen Profils

Die Erstellung eines genetischen Profils dient in vielen Situationen als zuverlässige lebenslange Identifikation:

• Bei Verlust oder Diebstahl eines Pferdes – Ermöglicht den Nachweis der Identität eines wiedergefundenen verlorenen oder gestohlenen Pferdes.
• Bei Ausfall des Mikrochips – Falls der Mikrochip eines Pferdes nicht mehr funktioniert, kann die Identität des Tieres mittels genetischem Profil bestätigt und eine erneute Chipkennzeichnung vorgenommen werden.
• Bei künstlicher Besamung – Dient der Identifizierung von Spermaproben.

Darüber hinaus wird es zur Abstammungsprüfung verwendet:

• Für routinemäßige Pedigree-Kontrollen oder bei Zweifeln an der Abstammung – Ermöglicht die zuverlässige Bestätigung von Vaterschaft oder Mutterschaft nach geplanter Bedeckung, unbeabsichtigter Paarung oder künstlicher Besamung.
• Zur Bestätigung des Status „frei durch Abstammung“ (clear by parentage) – Wenn beide Elternteile negativ auf einen rezessiven genetischen Defekt getestet wurden, der in einer bestimmten Rasse überwacht wird, und die Abstammung genetisch bestätigt wurde, kann das Nachkomme als „frei durch Abstammung“ eingestuft werden. Die Anwendung dieses Verfahrens wird nur in jeder zweiten Generation empfohlen.
• Prüfung anderer Verwandtschaftsverhältnisse – Falls die Eltern nicht getestet werden können, lassen sich auch andere Verwandtschaftsbeziehungen wie Geschwisterschaft, Großeltern-Enkel-Verhältnis oder Onkel/Tante–Neffe/Nichte untersuchen. Je mehr verwandte Tiere in die Analyse einbezogen werden, desto genauer ist die ermittelte Verwandtschaftswahrscheinlichkeit.

In der Zucht dient das genetische Profil als Werkzeug für:

• Die Auswahl optimaler Zuchtpaare – Durch den Vergleich genetischer Profile können geeignete Tierkombinationen ausgewählt werden, um die genetische Vielfalt zu erhalten und Inzucht innerhalb der Population zu reduzieren.
• Populationsstudien – Überwachung von genetischer Diversität, Heterozygotie und Inzucht.

Probenentnahme

Für die Erstellung eines genetischen Profils werden Blutproben bevorzugt. Die Probenentnahme erfolgt durch einen Tierarzt, der gleichzeitig die Identität des Tieres durch Auslesen des Mikrochips bestätigt. Die Analyse ist sehr empfindlich gegenüber der Qualität der DNA. Es können auch Wangenschleimhautabstriche verwendet werden; diese müssen jedoch fachgerecht entnommen und in einer atmungsaktiven Verpackung aufbewahrt werden, damit sie vollständig trocknen können.

Untersuchungsmethodik

Das Labor Genomia verwendet den international anerkannten Standard der ISAG (International Society for Animal Genetics), der weltweit für die genetische Identifizierung und Abstammungsprüfung von Nutz- und Begleittieren einschließlich Pferden eingesetzt wird. In den ISAG-Qualitätstests erzielt Genomia regelmäßig die höchste Qualitätsstufe. Die Erstellung von DNA-Profilen ist durch das Tschechische Akkreditierungsinstitut gemäß ISO 17025 akkreditiert. Damit verfügt Genomia über die höchstmögliche Kompetenz für die Erstellung von DNA-Profilen bei Pferden.

Für die Erstellung genetischer Profile stehen zwei Haupttechnologien zur Verfügung: STR und SNP. Diese Verfahren sind nicht miteinander kompatibel und ihre Ergebnisse können nicht direkt miteinander verglichen werden.

SNP-Genetisches Profil

Ein SNP-Profil (Single Nucleotide Polymorphism) basiert auf der Analyse von Punktmutationen, also Veränderungen einzelner Nukleotide innerhalb der DNA-Sequenz. Diese Veränderungen sind sehr stabil und werden nach den Mendelschen Regeln vererbt, was eine hochzuverlässige, präzise und robuste genetische Identifizierung ermöglicht.

SNP-Profile eignen sich besonders für Populationsstudien, da sie eine große Anzahl von Markern enthalten, die gleichmäßig über alle Chromosomen verteilt sind. Dadurch wird eine umfassende Abdeckung des Genoms sowie eine repräsentative Bewertung von Heterozygotie und genetischer Vielfalt gewährleistet. SNP-Profiling nutzt moderne Technologien der massiv parallelen Sequenzierung und erhöht dadurch die Zuverlässigkeit und Effizienz der Analyse.

Ablauf der SNP-Analyse

DNA-Isolation

Besonderer Wert wird auf eine hohe Probenqualität gelegt; Blut gilt als das am besten geeignete Untersuchungsmaterial.

Massiv parallele Sequenzierung (MPS)

Für die SNP-Analyse wird die moderne Methode der massiv parallelen Sequenzierung verwendet, auch als Next-Generation Sequencing (NGS) bezeichnet. Sie ermöglicht die gleichzeitige Analyse von Hunderten bis Tausenden genetischer Varianten.

Identifizierung von SNP-Markern

Jeder SNP-Marker repräsentiert eine bestimmte Position in der DNA, an der eine Einzelnukleotid-Variation auftritt. Die ISAG2020 Panels 1 und 2 standardisieren die Analyse von 859 SNP-Markern und ermöglichen dadurch den internationalen Vergleich von Ergebnissen. Genomia garantiert die Auswertung von mindestens 95 % dieser Marker.

Bioinformatische Analyse

Nach der Sequenzierung werden die Daten mithilfe bioinformatischer Software ausgewertet. Diese bestimmt den Genotyp eines Individuums anhand der vorhandenen SNP-Varianten. Jeder SNP-Marker wird im Ergebnis durch zwei Nukleotide („zwei Buchstaben“) dargestellt, von denen jeweils eines von jedem Elternteil stammt.

Vorteile des SNP-Profilings

• Höhere Genauigkeit – Die Analyse einer größeren Anzahl von Markern, die über alle Chromosomen verteilt sind, ermöglicht eine präzisere Identifizierung von Individuen und Verwandtschaftsverhältnissen.
• Höhere Stabilität der Marker – Im Durchschnitt tritt eine Mutation pro 100 Millionen Basen und Generation auf. Zum Vergleich: Bei STR-Markern kommt es etwa einmal pro 1.000–10.000 Vererbungen eines Markers zu einer Mutation.
• Höherer Probendurchsatz – Hunderte von Proben können gleichzeitig analysiert werden.
• Bessere Eignung für Populationsstudien – Ermöglicht die Untersuchung von Inzucht, genetischer Diversität sowie Homozygotie und Heterozygotie. Genomia gibt für jedes SNP-Profil den Heterozygotiewert an.

Nachteilig sind die längere Bearbeitungszeit der Proben sowie die höheren Kosten für die Analyse und die erforderlichen Technologien (leistungsfähige Computer, spezialisierte Auswertungssoftware, große Datenspeicher und die Validierung von MPS-Sequenziergeräten). Aufgrund des hohen Probendurchsatzes sinken jedoch die Kosten pro Probe mit steigender Anzahl analysierter Proben.

STR-Genetisches Profil (ISAG2006)

Ein STR-Profil (Short Tandem Repeats) basiert auf der Analyse von Mikrosatellitenmarkern – kurzen, sich wiederholenden DNA-Sequenzen mit einer Länge von zwei bis sieben Basenpaaren. Die Anzahl dieser Wiederholungen ist individuell verschieden und wird von den Eltern vererbt. Dadurch eignen sich STR-Profile hervorragend zur Abstammungsprüfung und genetischen Identifizierung.

Ablauf der STR-Analyse

DNA-Isolation

Aus der Probe wird DNA extrahiert, die als Ausgangsmaterial für die Analyse dient.

Amplifikation mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Spezifische DNA-Abschnitte, die STR-Marker enthalten, werden mittels PCR vervielfältigt. Jeder STR-Marker wird gezielt mit Primern – kurzen DNA-Sequenzen – amplifiziert. Einer der Primer ist am 5'-Ende mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert, wodurch die Detektion des Produkts ermöglicht wird.

Fragmenttrennung durch Elektrophorese

Die amplifizierten DNA-Fragmente werden in ein Kapillarelektrophorese-System eingebracht, wo sie entsprechend ihrer Länge in einem elektrischen Feld getrennt werden. Jedes STR-Allel entspricht einer bestimmten Fragmentlänge, die von der Anzahl der Wiederholungseinheiten abhängt.

Detektion und Datenauswertung

Die fluoreszenzmarkierten DNA-Fragmente werden mittels Laserscanner detektiert. Das Ergebnis ist ein Elektropherogramm, das die Länge jedes STR-Markers darstellt.

Interpretation der Ergebnisse

Das Resultat ist eine einzigartige Kombination von Markern, die ein Individuum eindeutig identifiziert. Für jeden Marker wird ein Allel vom Vater und ein Allel von der Mutter vererbt. Durch den Vergleich von STR-Profilen können Identität und Verwandtschaftsverhältnisse mit einer Zuverlässigkeit von über 99,99 % bestätigt werden.

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