In-situ-Hybridisierung

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 2. September 2026

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die In-situ-Hybridisierung ist eine Methode zum Nachweis von chromosomalen Aberrationen. Dabei werden bestimmte Chromosomen mit einer DNA-Sonde markiert, die einen fluoreszierenden Farbstoff trägt. Diese Technik dient unter anderem der vorgeburtlichen Diagnostik von Chromosomenveränderungen.

Was ist die In-situ-Hybridisierung?

Bei der In-situ-Hybridisierung werden bestimmte Chromosomen mit einer DNA-Sonde markiert, die einen fluoreszierenden Farbstoff trägt. Diese Technik dient unter anderem der vorgeburtlichen Diagnostik von Chromosomenveränderungen.

Bei der In-situ-Hybridisierung oder der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung werden molekulargenetisch Nukleinsäuren aus RNA oder DNA in bestimmten Geweben oder einer Zelle nachgewiesen. Normalerweise dient diese Art der Diagnostik dem Nachweis einer strukturellen oder numerischen Chromosomenanomalie in der Schwangerschaft.

Hierzu wird eine künstlich hergestellte Sonde verwendet, die selbst aus Nukleinsäure besteht. Sie bindet sich daraufhin durch Basenpaarung an die Nukleinsäuren im Organismus. Diese Bindung ist mit dem Ausdruck der Hybridisierung gemeint. Der Nachweis erfolgt im erhaltenen Zell- oder Gewebeverband und damit am Ort des Geschehens; er entspricht daher einem In-situ-Nachweis. Davon zu unterscheiden sind Verfahren, bei denen die Nukleinsäuren zuvor aus dem Zellverband herausgelöst und in Lösung untersucht werden. Das Verfahren wurde im 20. Jahrhundert von den Wissenschaftlern Joe Gall und Mary Lou Pardue entwickelt.

Die Technik hat sich seitdem weiterentwickelt. Während damals zum Beispiel radioaktive Sonden verwendet wurden, werden heute Fluoreszenz-markierte Sonden mit einer kovalenten Bindung an die Markierungsmoleküle eingesetzt.

Funktion, Wirkung & Ziele

Da Chromosomenaberrationen heute ein nicht zu unterschätzendes Problem sind, hat sich die Anwendung des Verfahrens über die Zeit gesteigert. In der vorgeburtlichen Diagnostik erfolgt die Hybridisierung anhand von nativen Zellen aus dem Fruchtwasser der Mutter. Die Basis der Technik ist die Bindung der farbmarkierten Sonde an DNA-Teile. Mit einem Mikroskop lässt sich dank der Bindung später die Anzahl der Kopien auswerten, da die einzelnen Kopien ein Lichtsignal abgeben und so unter dem Mikroskop sichtbar gemacht werden können. Es gibt dabei unterschiedliche Verfahren. Entweder erfolgt die Analyse unmittelbar nach der Bindung.

In diesem Fall wird ein Fluoreszenzfarbstoff verwendet, der direkt an die DNA-Sonde gebunden ist. Bei der indirekten Methode der In-situ-Hybridisierung trägt die Sonde zunächst nur ein Markierungsmolekül wie Biotin oder Digoxigenin; die Auswertung kann deshalb nicht unmittelbar nach der Hybridisierung erfolgen, da der fluoreszierende Nachweisstoff erst danach an diese Markierung bindet. Diese indirekte Methode wird häufiger angewandt als die direkte, da sie für sensitiver gehalten wird. Als Techniken gibt es neben chromosomenspezifischen Zentromer-DNA-Sonden lokusspezifische DNA-Sonden, chromosomenspezifische DNA-Library-Sonde und vergleichende Genomhybridisierungen.

Chromosomenspezifischen Zentromer-DNA-Sonden können dem Nachweis chromosomal numerischer Anomalien dienen. Das heißt, dass sie vor allem bei dem Verdacht auf verdoppelte oder gelöschte Chromosomen Einsatz finden. Die lokusspezifischen DNA-Sonden eignen sich vor allem zum Nachweis von minimalen Mutationen, die im Karyogramm nicht nachgewiesen werden können. Eine chromosomenspezifische DNA-Library-Sonde wird insbesondere verwendet, um Insertionen und Translokationen nachzuweisen.

Die vergleichende Genomhybridisierung ist dagegen eine umfassende Analyse von Verlusten und Zugewinnen im chromosomalen Material. Heute kommt der In-situ-Hybridisierung ein hoher Stellenwert innerhalb der Diagnostik verschiedener Chromosomenmutationen zu. In der Diagnostik des Down-Syndroms binden sich Sonden zum Beispiel an das Chromosom 21. Hierzu werden in der Regel chromosomenspezifische Sonden verwendet, die bei Verdacht auf diese Erkrankung Einsatz finden können.

Ein Verdacht kann zum Beispiel dann entstehen, wenn die Eltern zuvor bereits ein Kind mit der Krankheit zur Welt gebracht haben und das Ultraschallbild auffällig ist. Wenn eine dreifache statt einer zweifachen Bindung vorliegt und somit ein dreifaches Farbsignal ausgegeben wird, spricht das für eine Trisomie 21; gesichert wird der Befund durch die konventionelle Chromosomenanalyse.

Ablauf der Untersuchung

Welches Material untersucht wird, hängt von der Fragestellung ab. In der Pränataldiagnostik stammen die Zellen meist aus dem Fruchtwasser, gewonnen durch eine Fruchtwasserpunktion (Amniozentese), oder aus dem Gewebe des Mutterkuchens, gewonnen durch eine Chorionzottenbiopsie. Seltener wird Blut aus der Nabelschnur entnommen (Nabelschnurpunktion). In der Tumordiagnostik dienen Gewebeschnitte aus einer Biopsie oder aus einem Operationspräparat als Grundlage, außerdem Knochenmark und Blutausstriche.

Der eigentliche Ablauf folgt in allen Fällen demselben Muster. Zunächst werden die Zellen auf einem Objektträger fixiert. Anschließend werden die beiden Stränge der Erbsubstanz voneinander getrennt, denn nur an einen Einzelstrang kann sich die Sonde anlagern. Nach Zugabe der Sonde folgt die Hybridisierung in einer feuchten Kammer; sie nimmt mehrere Stunden in Anspruch und läuft häufig über Nacht. Danach wird das Präparat gewaschen. Diese Waschschritte entfernen überschüssige und unspezifisch angelagerte Sonde und entscheiden wesentlich darüber, wie klar das spätere Bild ausfällt. Bei der indirekten Methode schließt sich die Nachweisreaktion an, bei der der fluoreszierende Farbstoff an das Markierungsmolekül gebunden wird.

Zuletzt werden alle Zellkerne mit einem blau fluoreszierenden Farbstoff gegengefärbt. Erst dadurch ist erkennbar, welche Signale zu welchem Kern gehören. Die Auswertung erfolgt am Fluoreszenzmikroskop, das für jede verwendete Farbe einen eigenen Filtersatz besitzt. Beurteilt wird nicht ein einzelner Zellkern, sondern eine größere Zahl von Kernen; in vielen Laboren werten zwei Personen unabhängig voneinander aus und vergleichen anschließend ihre Ergebnisse. Die Befunde werden digital dokumentiert, weil die Fluoreszenz unter Licht ausbleicht und die Präparate deshalb nur begrenzt haltbar sind. Eindeckmittel mit Bleichschutz verzögern diesen Vorgang.

Ein praktischer Vorzug des Verfahrens liegt im Zeitgewinn. Weil die Sonde auch an Zellkerne binden kann, die sich gerade nicht teilen, ist keine Anzucht der Zellen im Labor erforderlich. Ein Ergebnis liegt daher oft schon am folgenden Tag oder wenige Tage später vor. Die konventionelle Chromosomenanalyse setzt dagegen voraus, dass sich die Zellen in Kultur teilen, und benötigt deshalb deutlich mehr Zeit.

Was ein Befund bedeutet

Ausgewertet wird, wie viele Farbsignale je Zellkern zu sehen sind und wie sie zueinander liegen. Zwei Signale entsprechen der üblichen Kopienzahl eines Chromosomenabschnitts, weil jedes Chromosom doppelt vorliegt. Drei Signale weisen auf eine zusätzliche Kopie hin, ein fehlendes Signal auf einen Verlust des betreffenden Abschnitts. Bei Umbauten, die zwei zuvor getrennte Abschnitte zusammenführen, fallen zwei verschiedenfarbige Signale zu einem Mischsignal zusammen.

Ein auffälliges Ergebnis ist noch keine abschließende Diagnose. In der vorgeburtlichen Diagnostik wird es durch die konventionelle Chromosomenanalyse bestätigt, bevor daraus Schlüsse gezogen werden. Ebenso wichtig, und für Laien oft überraschend, ist die Aussagekraft eines unauffälligen Ergebnisses: Sie reicht nur so weit wie die eingesetzten Sonden. Geprüft wird ausschließlich, was die jeweilige Sonde erkennt. Ein unauffälliger Befund schließt daher nur die gezielt untersuchten Veränderungen aus. Über andere Chromosomenstörungen, über Veränderungen einzelner Gene unterhalb der Auflösung des Verfahrens, über Fehlbildungen ohne chromosomale Ursache und über den späteren Gesundheitszustand des Kindes sagt er nichts aus.

Aus diesem Grund findet die Mitteilung des Ergebnisses im Rahmen einer genetischen Beratung statt. Diese soll ergebnisoffen erfolgen und die Ratsuchenden nicht in eine bestimmte Richtung drängen. In Deutschland regelt das Gendiagnostikgesetz unter anderem die Aufklärung vor und die Beratung nach solchen Untersuchungen. Es umfasst auch das Recht, ein Ergebnis nicht erfahren zu wollen.

Anwendung außerhalb der Schwangerschaft

Über die vorgeburtliche Diagnostik hinaus wird das Verfahren in großem Umfang bei der Untersuchung von Tumorgewebe eingesetzt. Beim Brustkrebs lässt sich damit feststellen, ob ein bestimmtes Gen in vermehrter Kopienzahl vorliegt. Der Befund hat unmittelbare Folgen für die Therapieplanung, weil zielgerichtete Wirkstoffe nur dann in Betracht kommen, wenn die entsprechende Veränderung nachgewiesen ist.

Bei bestimmten Formen der Leukämie werden Umbauten zwischen zwei Chromosomen sichtbar gemacht. Das bekannteste Beispiel ist das Philadelphia-Chromosom bei der chronischen myeloischen Leukämie, bei dem zwei Abschnitte verschiedener Chromosomen miteinander verschmelzen. Im Präparat zeigt sich das als zusammenfallendes Doppelsignal. Vergleichbare Umbauten dienen bei Lymphomen und bei bestimmten Weichteiltumoren der Zuordnung der Erkrankung. Weil sich der Anteil veränderter Zellen zählen lässt, eignet sich das Verfahren auch zur Verlaufskontrolle unter einer Behandlung.

Nach einer Knochenmarktransplantation zwischen Spender und Empfänger unterschiedlichen Geschlechts lässt sich mit Sonden gegen die Geschlechtschromosomen verfolgen, welcher Anteil der Blutzellen vom Spender stammt. Über den Nachweis von Erbsubstanz hinaus kann das Verfahren auch die Boten-RNA nachweisen. Damit wird sichtbar, in welchen Zellen eines Gewebes ein bestimmtes Gen tatsächlich abgelesen wird. In der Infektionsdiagnostik lassen sich auf demselben Weg Erreger unmittelbar im Gewebeschnitt darstellen.

Varianten und Weiterentwicklungen

Je nachdem, in welchem Zustand sich die Zellen befinden, unterscheidet man zwei Vorgehensweisen. Bei der Metaphase-Untersuchung liegen die Chromosomen in ihrer kompakten, gut unterscheidbaren Form vor; dafür müssen sich die Zellen teilen. Bei der Interphase-Untersuchung wird an nicht teilenden Zellkernen gearbeitet. Sie ist schneller und auch dort möglich, wo sich keine teilungsfähigen Zellen gewinnen lassen, erlaubt aber keine Beurteilung der Chromosomenform.

Mehrfarbenverfahren erweitern den Blick vom einzelnen Abschnitt auf den gesamten Chromosomensatz. Dabei wird jedes Chromosomenpaar mit einer eigenen Mischung aus Farbstoffen markiert, sodass es im Bild eine unverwechselbare Farbe erhält. Komplexe Umbauten, bei denen Material zwischen mehreren Chromosomen ausgetauscht wurde, lassen sich so leichter zuordnen.

Die vergleichende Genomhybridisierung ist als Array-Verfahren weiterentwickelt worden. Sie erfasst Gewinne und Verluste über das gesamte Erbgut hinweg, ohne dass für jede einzelne Frage eine eigene Sonde nötig wäre. Ihre Grenze liegt dort, wo Material lediglich umgelagert, aber weder gewonnen noch verloren wurde: Solche ausgeglichenen Umbauten bleiben unentdeckt. Bei der chromogenen In-situ-Hybridisierung schließlich entsteht statt eines Leuchtsignals ein farbiger Niederschlag. Er lässt sich im gewöhnlichen Lichtmikroskop beurteilen, bleicht nicht aus und erlaubt es, den Befund unmittelbar im Zusammenhang des umgebenden Gewebes zu betrachten.

Abgrenzung zu anderen Untersuchungen

Für dieselben Fragestellungen stehen mehrere Verfahren nebeneinander, die einander eher ergänzen als ersetzen.

Die konventionelle Chromosomenanalyse bildet den gesamten Chromosomensatz ab und findet dadurch auch Veränderungen, nach denen niemand gezielt gesucht hat. Dafür benötigt sie teilungsfähige Zellen und stößt bei kleinen Veränderungen an ihre Auflösungsgrenze. Die In-situ-Hybridisierung verhält sich umgekehrt: Sie sieht sehr genau hin, aber nur dort, wohin die Sonde weist.

Die Polymerase-Kettenreaktion vervielfältigt gezielt Abschnitte der Erbsubstanz und gilt als besonders empfindlich. Sie arbeitet allerdings an herausgelöstem Material und verliert damit die Ortsinformation: Sie zeigt, dass ein Abschnitt in der Probe vorhanden ist, nicht aber, in welcher Zelle er sitzt. Genau darin liegt die Stärke des In-situ-Nachweises, der die räumliche Zuordnung im Gewebe erhält.

Nichtinvasive Tests in der Schwangerschaft untersuchen kindliche Erbsubstanz, die im Blut der Mutter zirkuliert, und kommen ohne Eingriff in die Gebärmutter aus. Sie gelten jedoch als Suchtests: Ein auffälliges Ergebnis muss durch eine Untersuchung kindlicher Zellen bestätigt werden, bevor daraus Schlüsse gezogen werden.

Bei der Präimplantationsdiagnostik werden Zellen eines im Labor erzeugten Embryos untersucht, bevor dieser übertragen wird. In Deutschland ist dieses Vorgehen nur unter engen gesetzlichen Voraussetzungen und nach zustimmendem Votum einer Ethikkommission zulässig.

Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren

Farbsignale können sich außerdem überlagern oder aus anderen Gründen unsichtbar bleiben. Damit ist die In-situ-Hybridisierung als diagnostisches Instrument während einer Schwangerschaft relativ anfällig für Fehler. Fehldiagnosen können sich einstellen und Eltern können sich unter Umständen gegen einen gesunden Embryo entscheiden. Um die Fehleranfälligkeit der In-situ-Hybridisierung zu verringern, sollten mindestens zwei Embryonal-Zellen gleichzeitig untersucht werden. Durch die parallele Untersuchung zweier Zellen lässt sich das Risiko für Fehldiagnosen verringern. Ausgeschlossen ist es damit jedoch nicht.

Die In-situ-Hybridisierung wird nicht jeder Schwangeren, sondern lediglich Frauen aus einer Risikogruppe angeboten. Nichtsdestotrotz wird Schwangeren diese Art der Diagnostik auf eigenen Wunsch hin auch nicht verwehrt. Auffällige Ultraschallbefunde oder ein auffälliges Serum können einen Arzt dazu bewegen, das diagnostische Verfahren anzubieten. Zwar lässt sich über die In-situ-Hybridisierung heute bereits ein großer Teil der Chromosomenaberrationen nachweisen, längst aber nicht alle.

Daher darf die In-situ-Hybridisierung niemals alleine durchgeführt werden, sondern muss immer in Zusammenhang mit einem konventionellen Chromosomentest angewandt werden. Die Betreuung der Schwangeren spielt bei diesem Verfahren eine Hauptrolle. Vor der Analyse findet mit der werdenden Mutter daher ein fundiertes Gespräch zur Diagnosemethode statt, das sie über die Risiken, die Möglichkeiten und die Grenzen der Technik aufklärt.

Die Untersuchung selbst wird am bereits entnommenen Material im Labor durchgeführt. Für die untersuchte Person ist damit keine unmittelbare körperliche Belastung verbunden. Die eigentlichen Risiken liegen an zwei anderen Stellen: bei der Gewinnung der Probe und bei der Deutung des Ergebnisses.

In der Schwangerschaft setzt die Untersuchung einen Eingriff in die Gebärmutter voraus. Sowohl die Fruchtwasserpunktion als auch die Chorionzottenbiopsie sind mit einem geringen, aber nicht ausgeschlossenen Risiko für eine Fehlgeburt verbunden. Seltener kommt es zu Blutungen, zu einem vorzeitigen Abgang von Fruchtwasser, zu einer Infektion oder zu anhaltenden Krämpfen der Gebärmutter. Über diese Möglichkeiten wird vor dem Eingriff aufgeklärt; sie sind ein wesentlicher Grund dafür, dass die Untersuchung nicht allen Schwangeren angeboten wird. Wird das Material aus anderem Anlass gewonnen, etwa bei einer Gewebeentnahme zur Abklärung eines Tumors, gelten die Risiken des jeweiligen Eingriffs.

Eine zweite Belastung ist psychischer Art. Zwischen Eingriff und Befund liegt eine Wartezeit, die viele Betroffene als sehr belastend erleben. Ein auffälliges Ergebnis stellt werdende Eltern zudem vor Entscheidungen, die sie unter Zeitdruck treffen müssen. Der Zeitvorteil des Verfahrens verkürzt zwar diese Wartezeit, birgt aber selbst eine Gefahr: Sein Ergebnis ist ein vorläufiger Befund und keine gesicherte Diagnose. Weitreichende Entscheidungen sollten deshalb nicht allein darauf gestützt werden.

Auch im Labor selbst kann das Ergebnis unbrauchbar werden. Bindet die Sonde nicht ausreichend, bleiben Signale schwach oder aus; bindet sie unspezifisch, entstehen zusätzliche Signale, denen keine tatsächliche Veränderung entspricht. Liegen zwei Signale dicht beieinander, können sie als eines gezählt und dadurch ein Verlust vorgetäuscht werden. Schlecht erhaltenes oder lange fixiertes Gewebe erschwert die Beurteilung zusätzlich. Aus diesem Grund werden bei jedem Ansatz Kontrollen mitgeführt und eine Mindestzahl auswertbarer Zellkerne verlangt. Lässt sie sich nicht erreichen, gilt der Befund als nicht beurteilbar; die Untersuchung muss dann wiederholt werden.

Quellen

• Alberts, B., Heald, R., Johnson, A., et al.: Molekularbiologie der Zelle.
  ISBN: 9783527353644

• Böcker, W., Denk, H., Heitz, P. U., Moch, H. (Hrsg.): Lehrbuch Pathologie.
  ISBN: 9783437171437

• Schaaf, C. P., Zschocke, J.: Basiswissen Humangenetik.
  ISBN: 9783662561461

• Murken, J., Grimm, T., Holinski-Feder, E., Zerres, K. (Hrsg.): Taschenlehrbuch Humangenetik.
  ISBN: 9783132416871

• Lüllmann-Rauch, R., Asan, E.: Taschenlehrbuch Histologie.
  ISBN: 9783132446007

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