Hvad er DNA-sekventering?
DNA-sekventering er den metode, der bestemmer rækkefølgen af de fire nukleotidbaser (adenin, thymin, cytosin og guanin), som udgør DNA-molekylet og overfører vigtig genetisk information. I DNA-dobbeltspiralen binder de fire baser sig til den specifikke partner for at danne enheder, der kaldes basepar (bp). Adenin (A) danner par med thymin (T), og cytosin (C) danner par med guanin (G). Det menneskelige genom indeholder ca. 3 milliarder basepar, som indeholder instruktionerne for skabelsen og vedligeholdelsen af et menneske. Den baseparrede struktur gør DNA-sekvensen velegnet til lagring af en stor mængde genetisk information. Denne komplementære baseparring er grundlaget for den mekanisme, hvormed DNA-molekyler kopieres, transskriberes og oversættes, og parringen ligger også til grund for de fleste DNA-sekventeringsmetoder. Takket være den enorme forbedring af DNA-sekventeringsteknologier og -metoder er sekventering af hele genomet blevet mulig og økonomisk overkommelig.
DNA-sekventeringsmetoder
Sanger-sekventering blev opdaget af den engelske biokemiker Frederick Sanger i 1970’erne. Sanger-metoden er en klassisk DNA-sekventeringsmetode, der anvender fluorescerende ddNTP’er (dideoxynukleotider, N = A, T, G eller C) for at forhindre, at der tilføjes et andet nukleotid. Du kan se vores artikel “Sanger-sekventering”: Introduktion, princip og protokol” for at få mere at vide om denne metode.
Næste generations sekventeringsteknologier (NGS, også kendt som massivt parallel sekventering) har i vid udstrækning fortrængt Sanger-sekventering med fordele som f.eks. høj gennemløbskapacitet, omkostningseffektivitet og hurtighed. NGS kan bestemme i størrelsesordenen millioner af fragmenter samtidig. NGS er en short-read-sekventering, der kræver opbygning af et lille fragmentbibliotek, efterfulgt af dyb sekventering, forbehandling af rådata, DNA-sekvenstilpasning, samling, annotation og downstream-analyse.
Nyere tredje generations sekventering, også kendt som long-read-sekventering, herunder PacBio SMRT-sekventering og Oxford nanopore-sekventering, kan undersøge milliarder af skabeloner af DNA og RNA og samtidig påvise variable methyleringer uden bias. Long-read-metoder kan påvise flere variationer, hvoraf nogle ikke kan observeres med short-read-sekventering alene.
Figur 1. Historien om DNA-sekventeringsteknologier.
Anvendelser af DNA-sekventeringsteknologier
DNA-sekventering afslører den genetiske information, der er indeholdt i et bestemt DNA-segment, et helt genom eller et komplekst mikrobiom. Forskere kan bruge sekvensoplysningerne til at bestemme, hvilke gener og reguleringsinstruktioner der er indeholdt i DNA-molekylet. DNA-sekvensen kan undersøges for karakteristiske træk ved gener, f.eks. åbne læserammer (ORF’er) og CpG-øer. Homologe DNA-sekvenser fra forskellige organismer kan sammenlignes med henblik på evolutionær analyse mellem arter eller populationer. DNA-sekventering kan bl.a. afsløre ændringer i et gen, der kan forårsage en sygdom.
DNA-sekventering er blevet anvendt inden for medicin, herunder til diagnosticering og behandling af sygdomme og epidemiologiske undersøgelser. Sekventering har mulighed for at revolutionere fødevaresikkerheden og bæredygtigt landbrug, herunder dyre-, plante- og folkesundhed, forbedre landbruget gennem effektiv plante- og dyreavl og mindske risikoen for sygdomsudbrud. Desuden kan DNA-sekventering bruges til at beskytte og forbedre det naturlige miljø for både mennesker og dyreliv.