Sequenzierung
Die Fähigkeit, die Zusammensetzung und Reihenfolge der Nukleinsäuren in einem DNA- oder RNA-Strang zu bestimmen, hat starke Auswirkungen auf das Erfassen der modernen Genetik und zahlreicher Bereiche, die für die Erforschung von Krankheiten und ein besseres Verständnis aller Organismen von Bedeutung sind. Die Fähigkeit, Nukleinsäuren zu sequenzieren, ist nicht nur nützlich, um den genetischen Code eines Organismus zu entschlüsseln, sondern gibt den Forschern in Kombination mit weiteren molekularen Technologien auch ein leistungsfähiges Instrument an die Hand, um DNA-Sequenzen leicht zu manipulieren und diese Veränderungen durch Sequenzierung zu überprüfen. Da die codierende DNA als codierte Information für Proteine fungiert, können Forscher nun rekombinante Proteine kundenspezifisch entwerfen, die eine Vielzahl von Funktionselementen enthalten und zur Beantwortung einer ebenso großen Zahl wichtiger Forschungsfragen verwendet werden. Weitere Reagenzien und Leitfäden für die Ganzgenomsequenzierung finden Sie unter Next-Generation Sequencing.
Sanger-Sequenzierung
Schon früh konnte die Zusammensetzung von Nukleinsäuren mit analytisch-chemischen Methoden bestimmt werden. Fred Sanger und Kollegen entwickelten jedoch Methoden - zunächst unter Verwendung radioaktiv markierter aufgeschlossener Fragmente und zweidimensionaler Fraktionierung -, die einige der ersten vollständigen Nukleinsequenzen lieferten. Die Fortschritte auf diesem Gebiet hielten mehrere Jahrzehnte lang an und mit jeder Verbesserung wuchs die Bibliothek sequenzierter Proteine und Genome. Zu diesen Verbesserungen gehört die Auftrennung der Nukleotide nach ihrer Länge mittels Gelelektrophorese und anschließender Kapillarelektrophorese. Darüber hinaus sind die Verwendung fluoreszenzmarkierter Nukleotide und die automatische Computeranalyse jedes Nukleinsäurefragments heute kennzeichnend für die moderne Sanger-Sequenzierungsmethode.
Methodik der DNA-Sequenzierung
Obwohl die Methoden zur DNA-Sequenzierung seit den Anfängen dieser Technologie ständig verbessert wurden, sind mehrere grundlegende Komponenten nach wie vor erforderlich und werden von modernen DNA-Sequenzierungsplattformen verwendet. Die DNA-Präparation umfasst in der Regel die Isolierung und Aufreinigung der DNA aus dem Wirtsorganismus. Weitere kritische Komponenten wie freie DNA-Basen, DNA-Primer, modifizierte DNA-Basen mit Fluoreszenzmarkierungen (Terminatorbasen) und DNA-Polymerase werden zusammen in ein Gefäß gegeben. In dem Gefäß, das diese Komponenten enthält, wird durch eine Reihe von Erhitzungs- und Abkühlungsschritten eine Bibliothek kleiner DNA-Sequenzen im Verhältnis zu der Ziel-DNA-Sequenz in voller Länge erzeugt, die jeweils mit einer Fluoreszenz-endmarkierten Terminatorbase enden. Die neuen DNA-Stränge, die die Fluoreszenz-endmarkierten Nukleotide enthalten, werden nach Länge getrennt, durch ein Kapillarrohr geleitet und nach Größe geordnet. Mit einem Laser wird dann die fluoreszierende Base auf jedem Strang angeregt, während eine Kamera das Signal aufzeichnet. Schließlich wird in der Regel ein Computer verwendet, um die gesammelten Informationen zu einer DNA-Sequenz in voller Länge zusammenzusetzen.
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