Animal Nutrition & Health
Die DNA-Forschung begann im Jahr 1869, als Friedrich Miescher erstmals DNA in Form von Chromatin isolierte. Fast ein Jahrhundert später entdeckten Francis Crick, James Watson und Rosalind Franklin die Doppelhelixstruktur der DNA.
Die erste vollständige Gensequenz wurde 1972 von Walter Fiers bestimmt, während die ersten halbautomatischen DNA-Sequenziergeräte Ende der 1980er Jahre von der Firma ABI entwickelt wurden. Seitdem haben rasante technologische Fortschritte und wachsende Kapazitäten zu einem explosionsartigen Fortschritt in der DNA-Sequenzierung geführt. Die für die Sequenzierung erforderliche Hardware ist mittlerweile im Taschenformat erhältlich, und DNA-Sequenzierungen finden sogar auf dem Mond statt.
Der rasante technologische Fortschritt hat zu einem sprunghaften Fortschritt in der Sequenzierung geführt
FLOPS (Floating-Point-Operationen pro Sekunde) ist ein Maß für die Rechenleistung eines Computers. Wenn eine Person mit einem Taschenrechner eine Berechnung pro Sekunde durchführen würde, wären 31,7 Milliarden Jahre ununterbrochener Berechnungen nötig, um 1 Exaflop zu erreichen. Heutige Supercomputer können dieselbe Anzahl an Berechnungen in nur einer Sekunde ausführen – eine wahrhaft atemberaubende Rechengeschwindigkeit.
Zur Analyse des Darmmikrobioms folgt dsm-firmenich einem spezifischen, standardisierten Arbeitsablauf. Der erste Schritt besteht darin, Proben zu entnehmen, die anschließend mit Sequenzierungsverfahren der neuesten Generation analysiert werden.
Tabelle 1 zeigt die Unterschiede im Mikrobiom-Workflow zwischen 2020 und 2025. Die Anzahl der eingesetzten Sequenzierungsplattformen hat sich von einer auf zwei verdoppelt, während die Probenverarbeitung von einem manuellen Verfahren auf einen automatisierten Prozess unter Einsatz von Robotik umgestellt wurde. Die Zeit, die ein Mitarbeiter benötigt, um 100 Proben zu bearbeiten, hat sich drastisch von 52 Stunden auf nur 16 Stunden verkürzt. Durch diese Verbesserungen hat sich die Anzahl der Proben, die pro Woche sequenziert werden können, von 144 im Jahr 2020 auf 800 im Jahr 2025 erhöht. Neben dem gestiegenen Durchsatz sind die Sequenzierungskosten auf nur noch 46 % des Niveaus von 2020 gesunken. Kontinuierliche Investitionen und die Optimierung des Mikrobiom-Workflows haben zu kürzeren Durchlaufzeiten geführt und es ermöglicht, mehr Kunden zu bedienen.
Dieser standardisierte Arbeitsablauf – von der Probenahme über die Next-Generation-Sequenzierung bis hin zur automatisierten Verarbeitung und Datenauswertung – ist in die SciTell™ Microbiome Analytics-Dienstleistungen von dsm-firmenich integriert, die komplexe Mikrobiomdaten für Kunden in strukturierte, entscheidungsreife Ergebnisse umwandeln.
Tabelle 1. Statistiken zum Mikrobiom-Workflow von dsm-firmenich für die Jahre 2020 und 2025
Dank kontinuierlicher Investitionen und Verbesserungen im Bereich der Mikrobiom-Dienstleistungen können wir nun mehr Kunden schneller bedienen.
Sobald die Sequenzierung des Mikrobioms abgeschlossen ist, werden die Sequenzierungsdaten in die Cloud hochgeladen, wo dieselben bioinformatischen Pipelines und Einstellungen angewendet werden. Dieser Prozess ist notwendig, um Konsistenz und Genauigkeit zu gewährleisten, und nutzt unsere selbst erstellte Metagenom-Datenbank, um mehr mikrobielle Arten zu identifizieren als herkömmliche öffentliche Genomdatenbanken.
Der nächste Schritt besteht darin, die standardisierten Daten mithilfe unserer internen Datenbank zum Darmmikrobiom von Hühnern mit anderen bekannten Proben zu vergleichen. dsm-firmenich hat aus den fast 9000 Proben, die das Unternehmen bisher gesammelt und analysiert hat, eine eigene Referenzdatenbank erstellt.
Durch den Abgleich der Kundenergebnisse mit dieser umfangreichen internen Referenzdatenbank ermöglicht SciTell™ Microbiome Analytics eine kontextbezogene Interpretation – und hilft den Kunden so zu verstehen, ob die beobachteten mikrobiellen Muster typisch oder außergewöhnlich sind oder auf ein bestimmtes Leistungsrisiko bzw. eine Chance hindeuten.
Der letzte Schritt besteht darin, die Daten gemeinsam mit den Beteiligten vor Ort – darunter Wissenschaftler, Tierärzte und Mitglieder des Vertriebsteams – zu analysieren und deren Rückmeldungen einzubeziehen. Nur durch diese gemeinsame Erforschung und Diskussion lässt sich der wahre Wert der Daten erschließen.
Eine große Datenmenge kann überwältigend sein und hat ohne Interpretation für die Produzenten nur einen begrenzten Wert. Die eigentliche Herausforderung besteht darin, die Zusammenhänge zu erkennen, um wichtige praktische Fragen zu beantworten, wie zum Beispiel:
Die Rolle der einzelnen Arten lässt sich auch anhand der mikrobiellen Gene nachvollziehen, die sie in sich tragen und die mit bestimmten Stoffwechselwegen in Verbindung stehen (z. B. Zucker- und Eiweißstoffwechsel, Stickstoffabbau, Vitaminbiosynthese, …) (Abbildung 1).
Abbildung 1. Die Metagenomik-Analyse ermöglicht die Identifizierung und Quantifizierung der Gene, die am Butyrat-Stoffwechselweg beteiligt sind, einem mikrobiellen Metaboliten, der von den Wirtszellen als Energiequelle genutzt wird.
Für einen bestimmten Kunden wurde eine Analyse des Darmmikrobioms durchgeführt. Auf fünf Betrieben wurden jeweils Proben von sieben Vögeln in fünf verschiedenen Phasen des Produktionszyklus entnommen (Tabelle 2).
Tabelle 2. Übersicht über die Proben (aus Folie 35)
Im Rahmen der Studie wurden die Milchsäurebakterien (LAB) in den Proben untersucht, und deren Vorkommen wurde mit der internen Referenzdatenbank verglichen. Die Ergebnisse (Abbildung 4) zeigten, dass die LAB-Arten in dieser Studie im Vergleich zur Ausgangssituation häufiger vorkamen.
Abbildung 4. Vergleich der LAB-Häufigkeit zwischen dem Versuchsbetrieb und drei anderen geografischen Regionen
Die Blutuntersuchung derselben Vögel ist in Abbildung 5 dargestellt.
Abbildung 5. Die Häufigkeit von Milchsäurebakterien und das Säure-Basen-Gleichgewicht, gemessen im Blut anhand von Proben aus fünf verschiedenen Betrieben
Überraschenderweise ging in dieser spezifischen Feldstudie ein höherer LAB-Wert mit einem niedrigeren pH-Wert einher. LAB wandeln unverdaute Stärke und Ballaststoffe in Laktat um. Wenn sich zu viel Laktat ansammelt, kann es die Darmschleimhaut passieren und in den Blutkreislauf gelangen. Ein zu hoher Laktatspiegel im Blut kann zu einer systemischen Azidose führen. Es gibt zwei Stereoisomere von Laktat: L-Laktat, das vom Wirt verstoffwechselt wird, und D-Laktat, das weniger effizient abgebaut wird.
Auf der Grundlage der Mikrobiom- und Blutuntersuchungen sowie deren Auswertung schlug dsm-firmenich folgende Strategien vor:
- Verringern Sie die D-Laktat-Produktion durch:
- Die Umwandlung von D-Laktat in Pyruvat fördern durch:
- Ziehen Sie eine Beteiligung von L-Laktat in Betracht, indem Sie:
Durch Dienste wie SciTell™ Microbiome Analytics können Mikrobiomdaten über die rein beschreibende Wissenschaft hinausgehen und zu einem zuverlässigen Instrument zur Entscheidungsunterstützung werden, das eine einheitliche Interpretation, einen fundierten Dialog und gezielte Maßnahmen im landwirtschaftlichen Betrieb ermöglicht.
Fortschritte in der DNA-Sequenzierung haben die Analyse des Darmmikrobioms revolutioniert. Durch die Kombination hochwertiger Sequenzierung mit der gemeinsamen Auswertung anhand von Referenzdatenbanken und Fachwissen aus der Praxis lassen sich Informationen über Mikrobiome aus einem unsichtbaren Ökosystem in umsetzbare Erkenntnisse umwandeln.
13 May 2026
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