Die Shotgun-Methode wird verwendet, um lange Stränge eines Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Moleküls zu sequenzieren. Es beruht auf einer anderen Methode der DNA-Sequenzierung, die als Kettenabbruchmethode bezeichnet wird. Bei der Shotgun-Methode sequenzieren Wissenschaftler Teile des DNA-Strangs und verwenden die Ergebnisse, um eine kontinuierliche Sequenz zu erstellen.
Sequenzierung ist der Prozess, die atomare Zusammensetzung eines Moleküls zu finden und die chemischen Bindungen zu untersuchen, die diese Atome vereinen. In der DNA wird die Sequenzierung verwendet, um die Reihenfolge zu bestimmen, in der bestimmte Moleküle vorkommen. Diese Moleküle werden Nukleotide genannt. Die vier Nukleotidbasen sind Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin.
Eine Möglichkeit, lange DNA-Stränge zu sequenzieren, ist die Shotgun-Methode. Bei dieser Methode wird DNA in zufällige Fragmente zerlegt. Die resultierenden Segmente werden dann unter Verwendung eines Verfahrens, das als Kettenabbruchverfahren bezeichnet wird, sequenziert. Für kurze DNA-Sequenzen ist der Kettenabbruch die Methode der Wahl. Es verwendet wenige aggressive Chemikalien und geringere Mengen an Radioaktivität als andere Methoden mit kurzer Sequenz.
Bei der Kettenabbruchmethode wird ein DNA-Strang in vier Sequenzierungsreaktionen unterteilt. Jedes enthält alle vier Nukleotide und ein Enzym, das als Katalysator fungiert, eine DNA-Polymerase. Ein Didesoxynukleotid, das im Grunde genommen ein Nukleotid ist, dem ein Teil seiner Zuckersequenz fehlt, wird dann zu jeder Sequenzierungsreaktion hinzugefügt. Nach der Verarbeitung dieser Reaktionen können die Wissenschaftler sie abbilden und die DNA-Sequenz lesen.
Bei der Shotgun-Methode zur DNA-Sequenzierung geschieht dies alles mehrmals unter Verwendung verschiedener zufälliger DNA-Fragmente. Dies führt zu mehreren überlappenden Abschnitten der sequenzierten DNA. Ein Computerprogramm verwendet dann die überlappenden Abschnitte, um eine kontinuierliche DNA-Sequenz zu erstellen.
Das Problem bei der Schrotflintenmethode ist, dass die DNA unglaublich komplex ist. Oft enthält es sich wiederholende Sequenzen, die gleich aussehen, aber aus verschiedenen Teilen der DNA stammen. Der komplette Satz menschlicher DNA, das sogenannte menschliche Genom, besteht aus mehr als drei Milliarden Basenpaaren. Die einzige Möglichkeit, sich zu vergewissern, dass die Anordnung der sich wiederholenden Sequenzen korrekt ist, besteht darin, mehr zufällige Ablesungen durchzuführen, sodass jeder Teil mehrmals sequenziert wird. Trotzdem treten Fehler auf.
Die Shotgun-Sequenzierungsmethode war bis etwa 2005 der Vorreiter der DNA-Sequenzierung. Seitdem haben Wissenschaftler die Sequenzierung der nächsten Generation entwickelt, die viel schneller funktioniert. Die Genauigkeit einzelner Messwerte ist geringer als bei der Shotgun-Sequenzierung, aber die Wissenschaftler werden dies dadurch kompensiert, dass sie mehr Messwerte in kürzerer Zeit durchführen können.