Kontamination von Labormaterial

Wissenschaftliche Detektivarbeit für reproduzierbare Ergebnisse

14.06.2018 - Luxemburg

In den letzten Jahren fanden Wissenschaftler immer wieder Spuren von nicht-menschlichem genetischen Material in menschlichen Blutproben. Wissenschaftler um Prof. Paul Wilmes vom Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) der Universität Luxemburg haben jetzt herausgefunden, dass es sich hierbei keineswegs um bahnbrechende wissenschaftliche Neuentdeckung handelt. Vielmehr konnten die Forscher zeigen, dass die Spuren hauptsächlich auf Verunreinigungen des Labormaterials zurückgehen.

Sie hatten in mühevoller Detektivarbeit nach der Herkunft von unerklärlichen RNS-Fragmenten in ihren Proben gefahndet – und schließlich ein weitverbreitetes Labor-Kit zur RNS-Extraktion als Quelle ausgemacht. Ihre Untersuchung wirft Fragen zur Aussagekraft zahlreicher wissenschaftlicher Studien auf, in denen das Kit in den vergangenen Jahren eingesetzt wurde. Mittlerweile kann der weltweit führende Hersteller durch eine Zusammenarbeit mit der LCSB-Gruppe eine Kontamination seines Labormaterials mit Fremd-RNA ausschließen, was in Zukunft zu korrekten Versuchsergebnissen führen dürfte.

Die Anfänge der Entdeckung der von Paul Wilmes geleiteten Eco-Systems Biology Gruppe am LCSB liegen bereits einige Jahre zurück: Die Wissenschaftler hatten bei ihren Forschungsarbeiten zunächst in menschlichen Stuhlproben erhebliche Mengen von „Kleiner RNA“ (small-RNA oder sRNA) gefunden. Das war zunächst ein spannendes Ergebnis, denn sRNA-Moleküle spielen im Körper eine wichtige Rolle. sRNA-Moleküle sind zum Beispiel an der Regulierung der Übersetzung von Genen beteiligt. Bei einigen Krankheiten scheinen menschliche sRNA-Moleküle fehlreguliert zu sein, etwa bei Krebs.

Die Forscher schauten sich die kleinen Moleküle an und verglichen ihn mit dem von bekannten sRNA-Molekülen im menschlichen Blut. „Dabei stellten wir fest, dass etwa die Hälfte der sRNA, die wir aus menschlichen Blutproben isoliert hatten, nicht-menschlichen Ursprungs war. Sie stammte von Bakterien, Pilzen, aus Lebensmitteln oder sogar von Mücken“, erläutert Wilmes. „Zu dem Zeitpunkt dachten wir, dass sei ein interessantes Ergebnis.“ Die Hypothese damals: RNA gelangt von fremden Organismen im menschlichen Darm in den Blutstrom. Würde sich das bestätigen, wäre das nicht nur eine fundamentale Erweiterung des bisherigen Wissenstands, sondern auch eine Entdeckung mit weitreichenden praktischen Folgen: Die Moleküle ließen sich als Biomarker für zahlreiche Erkrankungen nutzen. Eine einfache Blutprobe würde Forschern und Mediziner einen Blick in den Darm und die biologischen Abläufe dort erlauben.

Die Luxemburger Forscher verfolgten diese Theorie weiter und schauten sich den Aufbau der kleinen Moleküle genauer an – und bekamen schließlich doch Zweifel. „Wir fanden RNA-Spuren von Organismen wie Algen oder wasserbewohnenden Bakterien, die man im menschlichen Körper einfach nicht erwarten würde“, so Wilmes. „Die ganze Sache fing an, keinen Sinn mehr zu ergeben.“ Das Team beschloss schließlich, alle Labor-Reagenzien zu prüfen, mit dem es standardmäßig die RNA aus den Blutproben isolierte. Etliche mühevolle Untersuchungen später stand fest: Die rätselhaften sRNA-Moleküle steckten im Silikon der sogenannten Säulen, durch die die Probenflüssigkeit zur Extraktion der RNA geleitet wird. „Als ich mit den Experimenten begann, hatte ich wirklich Angst“, sagt Dr. Anna Heintz-Buschart, die maßgeblich an der Spurensuche beteiligt war. „Es ist der Albtraum jedes Labor-Wissenschaftlers herauszufinden, dass man vielleicht nicht so sorgfältig gearbeitet hat, wie man sollte.“

Neben der Erleichterung, die Verunreinigungen nicht selbst verursacht zu haben, überkam die Wissenschaftler vor allem ein Gefühl: Frustration. Schließlich machte die Entdeckung auch Teile der eigenen, jahrelangen Forschungsarbeit zunichte. Damit sind die Luxemburger Wissenschaftler jedoch nicht allein: Sie durchforsteten Datensätze anderer Forscher und fanden dort genau die gleichen Verunreinigungen wie in ihren eigenen Untersuchungen. Die Ergebnisse dieser Studien müssten nun neu bewertet werden.

Der Hersteller der Säulen hat sein Labormaterial mittlerweile überarbeitet. Das Team um Wilmes hat zudem generelle Empfehlungen für die Isolation von sRNA erarbeitet, mit denen Verunreinigungen künftig bestmöglich vermieden werden können. Verwertbaren Ergebnissen stehen die Extraktions-Säulen in Zukunft nicht mehr im Wege. „Unser Ergebnis zeigt, wie kritisch Wissenschaftler gerade in der Biologie ihre eigenen Ergebnisse immer wieder durchleuchten müssen“, sagt Wilmes: „Leicht kann es ein, dass ein bahnbrechendes Versuchsergebnis nicht wiederholt werden kann – einfach, weil der Versuchsablauf an irgendeiner Stelle unsauber war. Arbeit wie die unsere ist essentiell, um in Zukunft Reproduzierbarkeit zu garantieren.“

Originalveröffentlichung

Anna Heintz-Buschart, Dilmurat Yusuf, Anne Kaysen, Alton Etheridge, Joëlle V. Fritz, Patrick May, Carine de Beaufort, Bimal B. Upadhyaya, Anubrata Ghosal, David J. Galas and Paul Wilmes; "Small RNA profiling of low biomass samples: identification and removal of contaminants"; BMC Biology; 2018

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