Die Analyse fetaler DNA auf Genebene stellt einen weiteren Baustein in der Pränataldiagnostik dar, im Rahmen derer Varianten in der Geninformation erkannt werden können. Bei familiär bekannten Erbkrankheiten oder spezieller Verdachtsdiagnose besteht die Möglichkeit, nur ein Gen (=Erbanlage) zu analysieren. Meist ist eine so exakte Zuordnung klinisch allerdings nicht möglich, und es kommen Varianten in mehreren Genen in Frage. Mit der sogenannten Next-Generation-Sequencing (NGS)-Methode können mehrere Gene in einem sogenannten Gen-Panel gleichzeitig analysiert werden. Das Verfahren erfasst kleine Austausche (Punktmutationen) als auch den Verlust (Deletionen) und die Verdopplung (Duplikationen) größerer Genabschnitte. Neben der Sequenzanalyse können bei speziellen Fragestellungen andere molekulargenetische Methoden angewandt werden. Dies wäre unter anderem bei einem pränatalen Verdacht auf das „Großwuchssyndrom“ Beckwith-Wiedemann Syndrom (BWS) der Fall, das nicht durch eine Sequenzanalyse diagnostiziert werden kann. Hierfür ist eine Analyse des Methylierungsstatus der fetalen DNA im „BWS“-Locus notwendig.

Neben einer Gen-Panel-Analyse, in der man sich auf eine Auswahl relevanter Gene beschränkt, kann in der pränatalen Situation in einigen Fällen eine gleichzeitige Analyse aller klinisch relevanten Gene erwogen werden. Das sogenannte „Klinische Exom“ mit über 4.500 Genen bietet diese Möglichkeit. Bei der Trio-Exom-Analyse werden neben dem Fetus auch die nicht-betroffenen Eltern untersucht. Diese vergleichende Analyse bietet umfassendere diagnostische Interpretationsmöglichkeiten. Es können Neumutationen beim Feten oder auch relevante, von je einem Elternteil geerbte Varianten (biallelisch) erkannt werden. Anzumerken ist, dass nicht bei jeder nachgewiesenen Variante eine konkrete Einschätzung zu deren Bedeutung möglich ist.

Eine Gen-Analyse beim ungeborenen Kind kann momentan erfolgen, nachdem z. B. eine Chorionzottenbiopsie (CVS) oder eine Fruchtwasserpunktion (Amniozentese, AZ) erfolgt ist. Das Vorgehen hängt von verschiedenen Faktoren ab und sollte im Rahmen einer genetischen Beratung gemeinsam mit der oder den Ratsuchenden individuell entschieden werden. Zusätzlich zur Untersuchung auf spezifische Mutationen erfolgt eine Chromosomenanalyse, mit der eine eventuell vorliegende Chromosomenstörung beim Feten nachgewiesen werden kann. Hierfür besteht in jeder Schwangerschaft eine gewisse Wahrscheinlichkeit, die mit dem Alter der Schwangeren ansteigt.

Eine vorgeburtliche Gen-Analyse kann erwogen werden, wenn beim zu erwartenden Kind eine erhöhte Wahrscheinlichkeit besteht, Träger familienspezifischen Mutationen zu sein. Das ist z. B. dann der Fall, wenn eine bestimmte genetisch bedingte Erkrankung in der Familie schon einmal aufgetreten ist. Auch wenn bei einem oder beiden Elternteilen eine Anlageträgerschaft für eine Mutation nachgewiesen wurde, die zu einer genetisch bedingten Erkrankung des Kindes führen kann, ist eine solche Untersuchung möglich. Es erfolgt dann eine gezielte genetische Untersuchung auf die im Vorfeld nachgewiesene(n) Mutation(en). Eine solche gezielte genetische Untersuchung dauert i.d.R. nur einige Tage.

Finden sich im Ultraschall Hinweise auf eine bestimmte oder mehrere ähnlich gelagerte genetisch bedingte Erkrankungen, kann mit Nachweis der Ursache oft die Prognose des Kindes konkretisiert werden. Auch kann bei nachgewiesener Ursache ein möglicherweise erhöhtes Wiederholungsrisiko in weiteren Schwangerschaften sicher geklärt werden. Bei der Abklärung von Ultraschallauffälligkeiten unklarer Ursache ist meist die Untersuchung eines kompletten oder sogar mehrerer Gene (sog. Paneldiagnostik) notwendig. Somit nehmen diese Analysen oft mehr Zeit in Anspruch.

Die vorgeburtliche Chromosomenanalyse ist ein zuverlässiges Verfahren, dem – wie jeder Untersuchung – Grenzen gesetzt sind. Strukturveränderungen von Chromosomen, deren Größe unter der optischen Auflösung des Mikroskops liegt, können nicht erkannt werden. Allerdings können diese die Ursache von genetischen Erkrankungen mit geistigen und körperlichen Entwicklungsstörungen sein. Die Größe eines chromosomalen Stückverlustes oder Hinzugewinnes bedingt nicht zwangsläufig den Schweregrad einer daraus resultierenden Entwicklungsstörung. Auch kleinere chromosomale Strukturveränderungen können zu einem sehr viel schwerwiegenderen Krankheitsbild führen als das Vorhandensein eines zusätzlichen, ganzen Chromosoms wie z. B. beim Down-Syndrom. Mittels der Microarray Diagnostik ist es möglich, sehr kleine Verluste oder Zugewinne von Chromosomenmaterial, sogenannte Mikrodeletionen und Mikroduplikationen, zu detektieren.

Bei entsprechender Indikation kann eine vorgeburtliche Microarray-Diagnostik aus fetalen Zellen des Fruchtwassers oder Chorionzotten durchgeführt werden. Auch bei unauffälligem Ultraschall (erhöhtes Sicherheitsbedürfnis) kann die Untersuchung in etwa 1% relevante Befunde aufdecken.

Bei dieser Pränataluntersuchung handelt es sich bislang um eine individuelle Gesundheitsleistung (IGeL). Genetische Erkrankungsbilder, die durch Defekt eines einzelnen Gens (Einzelbasen-Mutationen) verursacht werden lassen sich mittels eines Array jedoch nicht erfassen, hierzu ist eine weiterführende Untersuchung mittels NGS/Sequenzierung erforderlich.

Eine Chromosomen-Microarray-Analyse (CMA) untersucht die Chromosomen wesentlich genauer als eine lichtmikroskopische Chromosomenanalyse. Damit können auch sehr kleine unbalancierte Chromosomenveränderungen festgestellt werden. Diese Untersuchung wird aus DNA des Kindes durchgeführt.

Vorteile der CMA

• Hochauflösende Darstellung des fetalen Karyotyps
• Auflösung bis zu tausendmal höher als mit lichtmikroskopischer Analyse
• Erkennen von quantitativen Veränderungen einzelner Gene

Indikationen für eine CMA

• Auffälliges Ersttrimester-Screening
• Auffälliger fetaler Ultraschall
• Abklärung unklarer Chromosomenbefunde beim Fet (z. B. Marker)
• Auffällige Familienanamnese mit lichtmikroskopisch nicht darstellbarer Veränderung
• Wunsch der werdenden Mutter / Eltern

Grenzen der CMA

Trotz ihrer wesentlich besseren Aussagekraft können auch durch die pränatale CMA nicht alle Ursachen genetischer Erkrankungen erfasst werden. So lässt sich keine Aussage über genetisch bedingte Erkrankungen treffen, welche durch eine Sequenzveränderung einzelner Gene verursacht werden. Bei entsprechendem Verdacht aus den Untersuchungsbefunden oder aus der Familiengeschichte ist dann eine weiterführende molekulargenetische Untersuchung notwendig.

Zudem ist nicht bei jeder Abweichung eine konkrete Einschätzung zu deren Bedeutung möglich.

Eine Chromosomenanalyse oder Karyotypisierung gibt Aufschluss über den Chromosomensatz (Karyotyp) des ungeborenen Kindes. Bei Mädchen und Jungen liegen 46 Chromosomen vor, beide unterscheiden sich nur in den Geschlechtschromosomen (zwei X-Chromosomen bei Mädchen, ein X- und ein Y-Chromosom bei Jungen).

Abweichungen vom normalen Chromosomensatz

• Zahlenmäßige Abweichungen werden als numerische Aneuploidien bezeichnet. Die bekannteste ist die Trisomie 21, Ursache des Down-Syndroms. Weitere pränatal nachzuweisende Aneuploidien sind z. B. die Trisomie 13 (Pätau-Syndrom), die Trisomie 18 (Edwards-Syndrom), der Karyotyp 45,X (Ullrich-Turner-Syndrom) und der  Karyotyp 47,XXY (Klinefelter-Syndrom).
• Strukturelle Veränderungen betreffen Teile von Chromosomen, die entweder fehlen können, zu viel oder an  anderen chromosomalen Stellen vorliegen können. Man spricht dann von einer Deletion, Duplikation, Translokation, Inversion und Insertion. Liegt eine Deletion oder eine Duplikation vor, spricht man von einem unbalancierten Chromosomensatz.  Bei einer balancierten Chromosomenveränderung gehen keine  Chromosomen stücke verloren.

Indikationen für eine pränatale Chromosomenanalyse

• auffälliges Ersttrimester-Screening
• auffällige Ultraschalluntersuchung
• auffälliger NIPT
• erhöhtes mütterliches Alter
• auffällige Familienanamnese
• familiär bekannte Mutationen mit hohem Wiederholungsrisiko,
• Ausschluss Keimzellmosaik nach auffälliger Schwangerschaft oder bei auffälligem Kind der Eltern, nach PKD/PID
• vorangegangene Schwangerschaften mit Chromosomenveränderung

Eine Chromosomenanalyse oder Karyotypisierung gibt Aufschluss über den Chromosomensatz (Karyotyp) des ungeborenen Kindes. Bei Mädchen und Jungen liegen 46 Chromosomen vor, beide unterscheiden sich nur in den Geschlechtschromosomen (zwei X-Chromosomen bei Mädchen, ein X- und ein Y-Chromosom bei Jungen).

Abweichungen vom normalen Chromosomensatz

• Zahlenmäßige Abweichungen werden als numerische Aneuploidien bezeichnet. Die bekannteste ist die Trisomie 21, Ursache des Down-Syndroms. Weitere pränatal nachzuweisende Aneuploidien sind z. B. die Trisomie 13 (Pätau-Syndrom), die Trisomie 18 (Edwards-Syndrom), der Karyotyp 45,X (Ullrich-Turner-Syndrom) und der Karyotyp 47,XXY (Klinefelter-Syndrom).
• Strukturelle Veränderungen betreffen Teile von Chromosomen, die entweder fehlen können, zu viel oder an anderen chromosomalen Stellen vorliegen können. Man spricht dann von einer Deletion, Duplikation, Translokation, Inversion und Insertion.

Liegt eine Deletion oder eine Duplikation vor, spricht man von einem unbalancierten Chromosomensatz. Bei einer balancierten Chromosomenveränderung gehen keine Chromosomenstücke verloren.

Indikationen für eine pränatale Chromosomenanalyse sind

• auffälliges Ersttrimester-Screening,
• auffällige Ultraschalluntersuchung,
• auffälliger NIPT,
• erhöhtes mütterliches Alter,
• auffällige Familienanamnese sowie
• vorangegangene Schwangerschaften mit Chromosomenveränderung.

Für die Untersuchung der Anzahl der Chromosomen 13, 18, 21 X und Y in fetalen Fruchtwasserzellen stehen zwei Analyseverfahren zur Verfügung: eine molekulargenetische Methode aus DNA (qPCR) und eine molekularzytogenetische Methode (Fluoreszenz-in situ Hybridisierung, FISH) an Zellkernen fetaler Fruchtwasserzellen. Beide Untersuchungen werden als „Pränataler Aneuploidie-Schnelltest“ bezeichnet.

Mit der FISH werden definierte Bereiche der Chromosomen 13, 18, 21, X und Y über Fluorochrom-markierte Sonden markiert, die dann im Fluoreszenzmikroskop gezählt werden können. Die quantitative Polymerasekettenreaktion (qPCR) ist eine molekulargenetische Methode mit der die Anzahl dieser Chromosomen bestimmt werden kann.

Die Anzahl aller anderen, wesentlich selteneren numerischen Chromosomenaberrationen wird mit der Karyotypisierung der Fruchtwasserzellkultur ermittelt im Rahmen derer auch die strukturelle Analyse der Chromosomen erfolgt.

Genetische Untersuchungen können aus verschiedenen Geweben durchgeführt werden:

• Choriozottenbiopsie
  • Eine Chorionzottenbiopsie ist eine Untersuchung der Zellen der frühen Plazenta und wird in der Regel in der 12./13. Schwangerschaftswoche vorgenommen.
• Fruchtwasserpunktion (Amniozentese)
  • Die Untersuchung kindlicher Zellen aus dem Fruchtwasser erfolgt ab der 14.-15. Schwangerschaftswoche.
• Nabelschnurpunktion
  • Durch Punktion der Nabelschnur kann kindliches Blut erhalten werden, aus dem eine Chromosomenuntersuchung durchgeführt werden kann. Dies ist nur in wenigen Fällen sinnvoll, wenn zum Beispiel vorgehende Untersuchungen kein eindeutiges Ergebnis erbracht haben.
• Plazentapunktion
  • Die Plazentapunktion kann im Gegensatz zur Chorionzottenbiopsie zu einem späteren Zeitpunkt in der Schwangerschaft durchgeführt werden.
    

Durch Gewinnung der Zellen kann neben der Untersuchung der Chromosomen auch eine Untersuchung der Gene im Rahmen einer Pränataldiagnostik erfolgen.