sequenzierung

Sequenzierung bezeichnet die Bestimmung der genauen Abfolge von Nukleotiden in einer Nukleinsäure, üblicherweise in DNA oder RNA. Dabei können sowohl gesamte Genome als auch Teilbereiche wie Exons, Transkripte oder metagenomische Proben untersucht werden. Die Sequenzdaten werden entweder gegen Referenzgenomen ausgerichtet oder de novo zu Genomen oder Transkriptomen zusammengesetzt. Ziel ist die Identifikation von Variationen, Strukturen und funktionalen Elementen in Genom- und Transkriptionsdaten.

Historisch war die Sanger-Sequenzierung der Standard, die mittels Didesoxid-Dideoxynukleotiden und Kapillarelektrophorese die DNA-Fragmentlängen bestimmten. Seit den 2000er Jahren ermöglicht die Hochdurchsatz- bzw. Next-Generation-Sequencing (NGS) Sequenzen millionenfach parallel, was Kosten und Zeit dramatisch reduziert. In den 2010er Jahren wurden dritte Generationen Sequenzierverfahren eingeführt, darunter Einzelmolekül-Sequenzierung (z. B. PacBio SMRT, Oxford Nanopore), die längere Leselängen bieten und teils direkte Erkennung von Basenmodifikationen ermöglichen.

Durch die Wahl von kurzen vs. langen Reads ergeben sich unterschiedliche Vor- und Nachteile: Kurzreads (z. B. Illumina-Plattformen) sind hochpräzise und kostenarm, eignen sich gut für Variantenanalyse und Genomkodierung, aber die Assemblierung komplexer Regionen ist schwieriger. Lange Reads erleichtern die De-novo-Assemblierung und das Finden größerer Strukturen, können aber eine höhere Fehlerrate aufweisen und erfordern oft spezielle Fehlerkorrektur. Neue Technologien kombinieren Vorteile.

Anwendungen reichen von Whole-Genome- und Exom-Sequencing über Transkriptom-Analysen (RNA-Seq), Metagenomik, epigenetische Studien (z. B. Bisulfit-Sequenzierung), Klinische Diagnostik bis hin zu forensischen Analysen und evolutionären Forschungen. Sequenzierungsdaten bilden die Grundlage moderner Genomik, Personalisierung der Medizin und Biodiversitätsforschung.

Die Datenanalyse umfasst Qualitätskontrolle, Ausrichtung der Sequenzen, Assemblierung, Varianten- und Strukturvariantenanalyse sowie funktionale Annotation. Herausforderungen sind Datenvolumen, Bandbreite an Fehlerquellen, Referenzbias und Datenschutz sowie die Notwendigkeit standardisierter Pipelines und Reproduzierbarkeit.

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