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 eines 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 die Grundlagenforschung biologischer Prozesse, die medizinische Forschung und in der Forensik verwendet werden kann.
Es gibt mehrere Methoden, die bei der DNA-Sequenzierung verwendet werden können. Die ersten Methoden wurden in den 1970er Jahren entwickelt und sind sehr arbeits- und zeitaufwendig. Die beliebteste und gebräuchlichste Sequenzierungsreaktion, die heute verwendet wird, ist die Didesoxynukleotid-Sequenzierung, 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 an der Anzahl der enthaltenen Nukleotidbasen gemessen. Ein Virus oder ein Bakterium kann beispielsweise nur fünftausend Basen haben, 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 statt in Jahrzehnten sequenzieren.
Es gibt vier Phasen bei der DNA-Sequenzierung. Zuerst muss die DNA aus der Zelle entfernt werden. Dann durchläuft es eine Sequenzierungsreaktion. Als nächstes wird die DNA nach Größe getrennt und schließlich von einem Computer analysiert, der die Ergebnisse in ein brauchbares Format bringt.
Der erste Schritt bei der DNA-Sequenzierung besteht darin, die DNA aus der Zelle zu entfernen. Dies kann mechanisch oder chemisch erfolgen. DNA kommt in zwei Strängen vor, aber nur ein Strang kann gleichzeitig sequenziert werden.
Sobald die DNA aufgebrochen ist, wird sie auf Vektoren gelegt, bei denen es sich um Zellen handelt, die sich unbegrenzt selbst replizieren, zusammen mit einem Primer, einer Chemikalie, die den Prozess in Gang setzt. Dadurch entstehen Klone der DNA des zu sequenzierenden Organismus. Die Sequenzierungsreaktion verwendet den Primer, um den chemischen Prozess der Reproduktion des zweiten DNA-Strangs zu starten. Die Sequenzierung erfolgt in einem Thermocycler, so dass die Reaktion viele Male wiederholt wird. Eine Wiederholung der Reaktion führt zu einer größeren Ausbeute an sequenzierter DNA.
Nach der Sequenzierung wird die DNA durch Kapillarelektrophorese nach Größe sortiert. Die DNA wird mit elektrischem Strom durch ein Gel in der Kapillare gezogen, einem sehr dünnen Glasröhrchen. Die DNA-Stränge entstehen nach Länge sortiert. Beim Austritt aus der Kapillare 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.