DNA-Sequenzierung
Methoden zur Entschlüsselung der Erbinformation (DNA).
Eine DNA-Sequenz lässt sich vergleichen mit einem Reißverschluss. Die „Zähne“ dieses Reißverschlusses werden von den Basen Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T) gebildet.
Selbst wenn man Start- und Endpunkt kennt, weiß man oft noch nichts über die Funktion des Gens. Wichtige Aufschlüsse zur Funktion unbekannter Gene bietet der Vergleich mit bekannten Genen anderer Lebewesen. In Datenbanken können die neuen Sequenzen mit bereits bekannten, gespeicherten Sequenzen verglichen werden. Häufig lässt sich dann die Bedeutung oder Funktion der unerforschten Gene vorhersagen.
Bei der DNA-Sequenzierung wird die Basenabfolge in einem DNA-Strang oder von einem gesamten Genom bestimmt, das heißt die Reihenfolge von Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin.
Die Sanger-Methode:
Fred Sanger entwickelte eine Methode, durch die neue DNA enzymatisch erzeugt und anschließend analysiert wird. Die Sequenzierung nach Maxam und Gilbert dagegen erfolgt durch chemischen Abbaus der DNA. Sanger und Gilbert erhielten für die Entwicklung ihrer jeweiligen Sequenziermethoden 1980 den Nobelpreis für Chemie. Die Sequenziermethode nach Sanger setzte sich vor allem aufgrund ihrer guten Automatisierbarkeit, der Qualität der Sequenzen und der längeren Leseweiten durch.
Whole-Genome-Shotgun-Sequenzierungsmethode:
Die Entwicklung der Whole-Genome-Shutgun-Methode (dt. Schrotschussverfahren) ermöglichte schließlich die Entschlüsselung kompletter Genome. Dabei wird die gesamte genomische DNA eines Lebewesens in kleine Stücke zerhackt, kloniert und anschließend in einer großen Zahl zufällig platzierter Reads sequenziert.
Die Sequenzen werden dann mit bioinformatischen Methoden zu einer möglichst lückenfreien Genomsequenz zusammengesetzt.
Sequenziermethoden der nächsten Generation
Sequenziermethoden der nächsten Generation („Next generation sequencing“), wie beispielsweise die 1996 entwickelte Pyrosequenzierung, sind aus der Genomforschung heute nicht mehr wegzudenken und bieten die Möglichkeit der kostengünstigen und schnellen Ultra-Hochdurchsatz-Sequenzierung eines kompletten Genoms von mehreren hundert Megabasen.
Die meisten Ultra-Hochdurchsatz-Methoden verwenden nicht mehr eine Auftrennung der DNA über Kapillarelektrophorese wie bei der Sanger-Methode, sondern eine Kopplung von Molekülen an Oberflächen und Aufnahmen von Reihen von hochauflösenden Bildern. Diese innovativen Technologien haben das Potential, die biologische und biomedizinische Forschung zu revolutionieren, indem sie Genom-Ananlysen wesentlich beschleunigen und vergünstigen.
Während die Sequenzierung einer Megabase nach dem Sangerprinzip ungefähr 500 US-Dollar kostet, sind diese Daten mit den neuen Geräten bereits wesentlich schneller und günstiger zu haben (siehe Tabelle). Mit den NGS-Technologien kann derzeit in 8 Wochen für 100.000 Dollar ein gesamtes menschliches Genom sequenziert werden.
Folgende Sequenziermethoden werden unterschieden: