What Is DNA Sequencing?
DNA Sequencing is de methode die de volgorde bepaalt van de vier nucleotidenbasen (adenine, thymine, cytosine en guanine) die samen de DNA-molecule vormen en belangrijke genetische informatie overbrengen. In de dubbele helix van DNA binden de vier basen zich met de specifieke partner om eenheden te vormen die basenparen (bp) worden genoemd. Adenine (A) paart met thymine (T) en cytosine (C) paart met guanine (G). Het menselijk genoom bevat ongeveer 3 miljard basenparen die de instructies leveren voor het ontstaan en het onderhoud van een menselijk wezen. De basenpaarstructuur maakt de DNA-sequentie zeer geschikt voor de opslag van een enorme hoeveelheid genetische informatie. Deze complementaire basenparen vormen de basis voor het mechanisme waarmee DNA-moleculen worden gekopieerd, getranscribeerd en vertaald, en de koppeling ligt ook ten grondslag aan de meeste DNA-sequencingmethoden. Dankzij de enorme verbetering van DNA-sequencingtechnologieën en -methoden is whole genome sequencing mogelijk en betaalbaar geworden.
DNA-sequencingmethoden
Sanger-sequencing werd in de jaren zeventig ontdekt door de Engelse biochemicus Frederick Sanger. De Sanger-methode is een klassieke DNA-sequencingmethode waarbij gebruik wordt gemaakt van fluorescerende ddNTP’s (dideoxynucleotiden, N = A, T, G of C) om de toevoeging van een andere nucleotide te voorkomen. U kunt ons artikel “Sanger Sequencing: Introduction, Principle, and Protocol’ om meer over deze methode te weten te komen.
Next-generation sequencing (NGS, ook bekend als massively parallel sequencing) technologieën hebben Sanger sequencing grotendeels verdrongen met voordelen zoals hoge doorvoer, kostenefficiëntie, en snelheid. NGS kan de orde van miljoenen fragmenten tegelijk bepalen. NGS is een short-read sequencing die de bouw van een kleine fragmentbibliotheek vereist, gevolgd door deep sequencing, voorbewerking van ruwe gegevens, DNA-sequentie-uitlijning, assemblage, annotatie en downstream-analyse.
Opkomende derde-generatiesequencing, ook bekend als long-read sequencing, waaronder PacBio SMRT-sequencing en Oxford nanopore-sequencing, kan miljarden templates van DNA en RNA onderzoeken en gelijktijdig variabele methylaties detecteren zonder bias. Long-read methoden kunnen meer variaties detecteren, waarvan sommige niet kunnen worden waargenomen met short-read sequencing alleen.
Figuur 1. De geschiedenis van DNA-sequencingtechnologieën.
Toepassingen van DNA-sequencingtechnologieën
DNA-sequencing onthult de genetische informatie die wordt gedragen door een bepaald DNA-segment, een volledig genoom of een complex microbioom. Wetenschappers kunnen sequentie-informatie gebruiken om te bepalen welke genen en regulerende instructies in het DNA-molecuul aanwezig zijn. De DNA-sequentie kan worden gescreend op karakteristieke kenmerken van genen, zoals open leesramen (ORF’s) en CpG-eilanden. Homologe DNA-sequenties van verschillende organismen kunnen worden vergeleken voor evolutionaire analyse tussen soorten of populaties. Met name kan DNA-sequencing veranderingen in een gen aan het licht brengen die een ziekte kunnen veroorzaken.
DNA-sequencing is gebruikt in de geneeskunde, onder meer bij de diagnose en behandeling van ziekten en bij epidemiologisch onderzoek. Sequencing heeft het vermogen om een revolutie teweeg te brengen op het gebied van voedselveiligheid en duurzame landbouw, met inbegrip van de gezondheid van dieren, planten en de volksgezondheid, de landbouw te verbeteren door middel van een doeltreffende veredeling van planten en dieren en de risico’s van uitbraken van ziekten te verminderen. Bovendien kan DNA-sequencing worden gebruikt voor de bescherming en verbetering van de natuurlijke omgeving voor zowel mensen als wilde dieren.