Shotgun-Sequenzierung ist eine Methode der DNA-Sequenzierung, bei der ein langer DNA-Abschnitt physikalisch in kleine (ca. Es wurde von Craig Venter von der Celera Corporation entwickelt und bekannt gemacht. Venter entwickelte die Technik 2,000 während seiner Tätigkeit am Institut für Genomforschung.
Venter gründete Celera 1998 mit der Mission, das menschliche Genom innerhalb von drei Jahren zu sequenzieren. Dieses Ziel stand in direkter Konkurrenz zum bereits laufenden Human Genome Project, einem Konsortium von Universitäten, das zusammenarbeitet, um das menschliche Genom mit einer älteren Strategie namens kartenbasierte oder BAC-to-BAC-Sequenzierung zu sequenzieren. Bei dieser Methode wurde das Genom zunächst in 150,000 Basenpaarstücke, BACs genannt, zerlegt, die BACs der Reihe nach zusammengesetzt und dann jedes BAC im Detail sequenziert.
Die Shotgun-Sequenzierung des gesamten Genoms umgeht die Erstellung und Kartierung von BACs und beginnt direkt mit der DNA-Sequenzierung. Der Prozess beginnt damit, eine Probe hochmolekularer DNA aus dem interessierenden Organismus zu gewinnen und sie physisch in kleine Stücke zu zerlegen, indem sie durch eine schmale Spritze geführt oder beschallt wird, eine Methode, die Probe mit Schallwellen zu brechen. Das Scheren ist ein zufälliger Prozess, sodass sich die Sequenzen der Fragmente etwas überlappen. Durch Scheren werden nicht spezifisch die für die Sequenzierung benötigten 2,000 Basenpaare Fragmente erzeugt, sondern es müssen Fragmente der gewünschten Größe aus dem Gemisch gereinigt werden.
Der nächste Schritt besteht darin, die DNA-Fragmente mit der Träger-DNA zu verbinden, die als Vektor bezeichnet wird. Dieser Vorgang wird als Klonen bezeichnet und erstellt eine Sequenzierungsbibliothek, aus der die Sequenz eines gesamten Genoms erstellt wird. Die Sequenz jedes Klons in der Bibliothek wird bestimmt, und eine Computeranalyse wird verwendet, um überlappende oder kontinuierliche Sequenzen in jedem Fragment zu finden. Durch das Zusammenfügen der Überlappungen entsteht ein „Contig“, ein langer kontinuierlicher Abschnitt der DNA-Sequenz.
Das Klonen von Schrotflinten führt normalerweise zu einigen Lücken zwischen den Contigs, da einige Sequenzen zufällig in der Bibliothek fehlen. Lücken können gefüllt werden, indem eine neue Bibliothek erstellt wird oder bekannte Sequenzen verwendet werden, um sich vom Contig nach außen zu erstrecken. Da die Shotgun-Sequenzierung DNA-Fragmente nach dem Zufallsprinzip sequenziert, werden viele Fragmente mehr als einmal sequenziert, was eine größere Sicherheit der korrekten Sequenz schafft, als wenn jedes Fragment nur ein- oder zweimal sequenziert worden wäre.
Das menschliche Genom wurde sowohl vom Human Genome Project mittels kartenbasierter Sequenzierung als auch von Celera mittels Shotgun-Sequenzierung sequenziert. Die Shotgun-Sequenzierung ist heute die bevorzugte Methode für andere Arten der Genomsequenzierung. Die vollständigen Genome vieler Organismen wie der Pflanze Arabidopsis thaliana, Reis, Kuh, Hund, Huhn, Schimpanse, Ratte, Maus, Kugelfisch und vieler Mikroorganismen wurden auf diese Weise sequenziert.