Was ist eine DNA-Sequenz?
Die genaue Reihenfolge der Nukleotidbasen (Adenin, Thymin, Cytosin, Guanin) in der DNA, die die genetischen Anweisungen für die Entwicklung und Funktion des Organismus kodiert.
Summary
- Das menschliche Genom umfasst etwa 3 Milliarden Basenpaare, die in 23 Chromosomenpaaren organisiert sind. Die DNA-Doppelhelixstruktur ermöglicht die präzise Replikation und Weitergabe genetischer Informationen über Generationen hinweg.
- Sequenzierungstechnologien wie die Sanger-Sequenzierung, die Next-Generation-Sequenzierung (NGS) und die Langsequenzierung ermöglichen die schnelle Bestimmung von DNA-Sequenzen für Forschung, Diagnostik und personalisierte Medizin.
- Die Analyse deckt genetische Varianten auf, die mit Krankheiten assoziiert sind, liefert Informationen zur Abstammung, zu evolutionären Verwandtschaftsverhältnissen, zu Genregulationsmechanismen und zu potenziellen therapeutischen Zielstrukturen für die Präzisionsmedizin und die Arzneimittelentwicklung.
Was ist die DNA-Sequenzierung?
Als DNA-Sequenzierung bezeichnet man das Verfahren zur Bestimmung der genauen Reihenfolge der Nukleotide der DNA (Desoxyribonukleinsäure). Eine Sequenzierung der DNA in der Reihenfolge der vier chemischen Bausteine – Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin, die auch als Basen bekannt sind – erfolgt innerhalb des DNA-Moleküls. Die ersten DNA-Sequenzierungsmethoden wurden Mitte der 1970er-Jahre von Fred Sanger sowie von Walter Gilbert und Allan Maxam entwickelt. Das erste sequenzierte DNA-Fragment gehörte zu einem T4-Bakteriophagen, der gezielt das Bakterium Escherichia coli befällt. Seit dem Abschluss des Humangenomprojekts wurde eine Reihe neuer Verfahren für eine umfassende Sequenzierung entwickelt. Die technologischen Verbesserungen und die Automatisierung haben einen Punkt erreicht, an dem Labore weit über 100.000 Milliarden Basen pro Jahr sequenzieren können. Für die Massensequenzierung wurde eine Reihe neuer Methoden entwickelt, die eine große Anzahl kurzer DNA-Fragmente oder sogar vollständige Chromosomen bewältigen können.
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DNA-Sequenzierungsverfahren
Es gibt im Wesentlichen zwei Formen der DNA-Sequenzierung:
- Die Sanger-Methode, auch bekannt als Didesoxymethode, ist das klassische Kettenabbruchverfahren. Diese Methode wird auch heute noch für die Bestimmung der Sequenzen relativ langer DNA-Abschnitte in geringen Mengen verwendet. Wenn jedoch eine große Anzahl von Molekülen schnell sequenziert werden soll, ist dieses Verfahren vor allem aufgrund der hohen Kosten und des hohen Aufwands nicht die erste Wahl.
- Die HTS-Methode (High-Throughput Sequencing) – auch NGS (Next-Generation Sequencing) genannt – zeichnet sich durch höhere Genauigkeit und Geschwindigkeit bei gleichzeitig geringerem Arbeitsaufwand und niedrigeren Kosten aus.
Die Einführung der HTS-Methode hat die Anwendungsmöglichkeiten für die Gentechnik beträchtlich erweitert. Die DNA-Sequenzierung wird heute als integraler Bestandteil der Grundlagenwissenschaft, der translationalen Forschung, der medizinischen Diagnostik und der Forensik eingesetzt.