Was ist DNA-Sequenzierung?
Die DNA-Sequenzierung ist eine Sammlung wissenschaftlicher Methoden zur Bestimmung der Sequenz der Nukleotidbasen in einem DNA-Molekül. Alle lebenden Organismen haben DNA (Desoxyribonukleinsäure) in jeder ihrer Zellen. Jede Zelle in einem Organismus enthält den genetischen Code für den gesamten Organismus. Der Prozess der DNA-Sequenzierung wandelt die DNA eines bestimmten Organismus in ein Format um, das von Forschern für das grundlegende Studium biologischer Prozesse, der medizinischen Forschung und in der Forensik verwendet werden kann.
Es gibt verschiedene Methoden, die bei der DNA-Sequenzierung verwendet werden können. Die ersten Methoden wurden in den 1970er Jahren entwickelt und sind sehr mühsam und zeitaufwendig. Die heute am weitesten verbreitete und gebräuchlichste Sequenzierungsreaktion ist die Didesoxynukleotidsequenzierung, die je nach Menge des zu sequenzierenden Materials von Hand oder maschinell durchgeführt werden kann.
Die Menge an genetischem Material in einem Organismus variiert erheblich und wird anhand der Anzahl der darin enthaltenen Nukleotidbasen gemessen. Beispielsweise kann ein Virus oder eine Bakterie nur fünftausend Basen aufweisen, während das menschliche Genom etwa drei Milliarden Basen enthält. Das Didesoxynukleotid-Sequenzierungsverfahren der DNA-Sequenzierung kann viele Genome in Tagen und große Genome in Jahren anstatt Jahrzehnten sequenzieren.
Bei der DNA-Sequenzierung gibt es vier Stufen. Zuerst muss die DNA aus der Zelle entfernt werden. Dann macht es eine Sequenzierungsreaktion durch. Als nächstes wird die DNA nach Größe getrennt und schließlich von einem Computer analysiert, der die Ergebnisse in ein verwendbares Format bringt.
Der erste Schritt bei der DNA-Sequenzierung besteht darin, die DNA aus der Zelle zu entfernen. Dies kann mechanisch oder chemisch erfolgen. Die DNA besteht aus zwei Strängen, es kann jedoch immer nur ein Strang gleichzeitig sequenziert werden.
Sobald die DNA aufgebrochen ist, werden sie auf Vektoren abgelegt. Dies sind Zellen, die sich auf unbestimmte Zeit selbst replizieren, zusammen mit einem Primer, einer Chemikalie, die den Prozess in Gang setzt. Dies erzeugt Klone der DNA des Organismus, der sequenziert wird. Die Sequenzierungsreaktion verwendet den Primer, um den chemischen Prozess der Reproduktion des zweiten DNA-Strangs zu starten. Die Sequenzierung wird in einem Thermocycler durchgeführt, so dass die Reaktion viele Male wiederholt wird. Das Wiederholen der Reaktion führt zu einer größeren Ausbeute an sequenzierter DNA.
Nach der Sequenzierung wird die DNA durch Kapillarelektrophorese nach Größe sortiert. Die DNA wird durch einen elektrischen Strom durch ein Gel in der Kapillare gezogen, das ein sehr dünnes Glasrohr ist. Die DNA-Stränge entstehen nach Länge sortiert. Wenn sie aus der Kapillare austreten, passieren sie einen Laser, der Farbstoffe aktiviert, die die Nukleotidbasen identifizieren. Diese Informationen werden in einen Computer eingespeist, der dann die DNA-Sequenz auf dem Bildschirm anzeigt.