Vad är DNA-sekvensering?
DNA-sekvensering är en metod som bestämmer ordningen på de fyra nukleotider (adenin, tymin, cytosin och guanin) som utgör DNA-molekylen och förmedlar viktig genetisk information. I DNA:s dubbelhelix binder de fyra baserna ihop sig med den specifika partnern för att bilda enheter som kallas baspar (bp). Adenin (A) bildar par med tymin (T) och cytosin (C) med guanin (G). Det mänskliga genomet innehåller cirka 3 miljarder baspar som ger instruktionerna för skapandet och underhållet av en människa. Den basparade strukturen gör DNA-sekvensen väl lämpad för lagring av en stor mängd genetisk information. Detta komplementära baspar är grunden för den mekanism genom vilken DNA-molekyler kopieras, transkriberas och översätts, och parningen ligger också till grund för de flesta metoder för DNA-sekvensering. Tack vare den enorma förbättringen av tekniken och metoderna för DNA-sekvensering har sekvensering av hela arvsmassan blivit möjlig och prisvärd.
Metoder för DNA-sekvensering
Sanger-sekvensering upptäcktes av den engelske biokemisten Frederick Sanger på 1970-talet. Sangermetoden är en klassisk DNA-sekvenseringsmetod som använder fluorescerande ddNTPs (dideoxynukleotider, N = A, T, G eller C) för att förhindra att en annan nukleotid läggs till. Du kan läsa vår artikel ”Sanger Sequencing: Introduktion, princip och protokoll” för att få mer information om denna metod.
Tekniken för nästa generations sekvensering (NGS, även kallad massivt parallell sekvensering) har till stor del ersatt Sanger-sekvensering med fördelar som hög genomströmning, kostnadseffektivitet och snabbhet. NGS kan bestämma miljontals fragment samtidigt. NGS är en sekvensering med kort läsning som kräver uppbyggnad av ett litet fragmentbibliotek, följt av djup sekvensering, förbehandling av rådata, DNA-sekvensjustering, sammansättning, annotering och nedströmsanalys.
Den framväxande tredje generationens sekvensering, även kallad sekvensering med lång läsning, inklusive PacBio SMRT-sekvensering och Oxford nanopore-sekvensering, kan undersöka miljarder mallar av DNA och RNA och samtidigt upptäcka variabla metyleringar utan bias. Long-read-metoder kan upptäcka fler variationer, varav vissa inte kan observeras med enbart short-read-sekvensering.
Figur 1. DNA-sekvenseringsteknikens historia.
Tillämpningar av DNA-sekvenseringsteknik
DNA-sekvensering avslöjar den genetiska information som finns i ett visst DNA-segment, ett helt genom eller ett komplext mikrobiom. Forskare kan använda sekvensinformationen för att fastställa vilka gener och regleringsinstruktioner som ingår i DNA-molekylen. DNA-sekvensen kan undersökas med avseende på karakteristiska egenskaper hos gener, t.ex. öppna läsramar (ORF) och CpG-öar. Homologa DNA-sekvenser från olika organismer kan jämföras för evolutionär analys mellan arter eller populationer. Särskilt kan DNA-sekvensering avslöja förändringar i en gen som kan orsaka en sjukdom.
DNA-sekvensering har använts inom medicinen, bl.a. för diagnos och behandling av sjukdomar och epidemiologiska studier. Sekvensering kan revolutionera livsmedelssäkerheten och det hållbara jordbruket, inklusive djur-, växt- och folkhälsa, förbättra jordbruket genom effektiv växt- och djurförädling och minska riskerna med sjukdomsutbrott. Dessutom kan DNA-sekvensering användas för att skydda och förbättra den naturliga miljön för både människor och vilda djur.