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Next-Generation-Sequencing ist der Sammelbegriff für eine Gruppe von Technologien, die die relativ schnelle Generierung von Sequenzdaten von vielen verschiedenen Arten oder von Gruppen von Individuen ermöglichen können.
Diese Daten können für die Populationsgenetik oder klinische Studien im Feinmaßstab verwendet werden, und diese Technologien sind schneller und kostengünstiger als herkömmliche Sequenzierungsmethoden.
Es gibt viele Next-Generation-Sequenzierungsmethoden, aber die wohl beliebteste ist die reversible Terminator-Sequenzierung. Andere umfassen die Pyrosequenzierung und die Sequenzierung durch Ligation.
Bei der reversiblen Terminator-Sequenzierung wird reine genomische DNA zunächst in kleinere Fragmente von 100-1000 Basenpaaren geschnitten. Spezielle Adapter - bei denen es sich um Oligonukleotidsequenzen mit Primerstellen handelt - werden dann an beide Enden dieser DNA-Fragmente ligiert.
Die einzelsträngigen DNA-Fragmente werden dann auf einen spezialisierten Chip, die sogenannte Flusszelle, geladen, die mit kurzen Oligonukleotidsequenzen vorbeschichtet ist, die zu den Adaptersequenzen komplementär sind. Die DNA-Fragmente binden über ihre Adapter an den Chip.
In der Amplifikationsphase wird dann die DNA-Polymerase verwendet, um einen komplementären DNA-Strang zu synthetisieren. Die doppelsträngige DNA wird denaturiert und die ursprüngliche Matrize abgewaschen.
Der verbleibende Komplementärstrang biegt sich dann um und bildet mit Hilfe des zweiten Adapters am anderen Ende eine brückenartige Struktur.
Die DNA-Polymerase kann dann einen komplementären Strang des gebogenen DNA-Strangs synthetisieren - ein Prozess, der als Brückenamplifikation bezeichnet wird.
Die doppelsträngige Brücke wird erneut denaturiert, um lineare, einzelsträngige DNA zu erzeugen, die anschließend neue Brücken auf dem Chip bilden kann.
Die DNA-Polymerase setzt diese Zyklen von Brückenamplifikationen fort, synthetisiert Tausende von Kopien eines DNA-Fragments und führt zur Bildung klonaler Cluster.
Alle umgekehrten komplementären Stränge werden dann vom Chip abgewaschen, so dass nur die vorderen DNA-Stränge auf dem Chip immobilisiert sind.
Die Sequenzierungsreaktion beginnt mit der DNA-Polymerase, die modifizierte dNTPs hinzufügt, die mit vier verschiedenen Fluoreszenzmarkierungen markiert sind. Diese dNTPs enthalten auch eine 3'-Blockierungseinheit, die als reversibler Terminator bezeichnet wird und die jeweils nur die Hinzufügung eines dNTP zulässt.
Nach jeder Runde dNTP-Zugabe an den wachsenden Strang wird der Chip abgebildet und die Emissionswellenlänge jedes DNA-Clusters zur Identifizierung der Base verwendet.
Die Sequenz der Fluoreszenzbilder der Flusszelle, die nach jeder dNTP-Zugabe aufgenommen wird, wird verwendet, um die Sequenz der DNA-Fragmente zu bestimmen.
Die Erstsequenzierung des menschlichen Genoms kostete 2,7 Milliarden Dollar und wurde 2003 nach 15 Jahren internationaler Zusammenarbeit zwischen mehr…
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