Zukünftige DNA-Sequenzierungs-Techniken

Durch Catherine Shaffer, M.Sc.

DNA-Sequenzierung hat radikale Fortschritte durchgemacht, seit das erste Sanger, das Methode sequenziell ordnet, im Jahre 1977 eingeführt wurde. Sanger Sequenziell ordnen ausgenutzt nach dem Zufall hinzugefügt, deoxynucleotides während DNS-Synthese Kette-abbrechend, um DNS-Ketten von den Längen zu erzeugen, die durch ein falsches Paar sich unterscheiden. Die wurden dann auf einem Polyacrylamidgel getrennt und „lesen Sie“ von links nach rechts verlaufendes wie ein Buch. Heute, gibt es eine große Auswahl verbesserte Methoden mit den schnellen und genauen Ergebnissen.

DNA-Sequenz. Bild Kredit: Gio.tto/Shutterstock
DNA-Sequenz. Bild Kredit: Gio.tto/Shutterstock

Von Sanger-Methode, zum des Molekül-Sequenziell ordnens Auszusondern

Ende der neunziger Jahre und 2000s trieb das Humangenomprojekt Verbesserungen auf der oben erwähnten Sanger-Methode, die das ganze Genomschrotflintensequenziell ordnen und die zukünftigen sequenziell ordnenden Methoden umfaßte. Durch große Reihenfolgen der Auseinanderfallen von DNS und sie gleichzeitig von sequenziell ordnen auf eine enorm parallele Form, konnten Daten schneller erzeugt werden. Mit dem Verbessern der Computertechnologie, könnte die Reihenfolge dann neu zusammengestellt werden und ganze Genome fingen an decodiert zu werden.

Firmen wie Solexa und Leben-Technologien verbesserten auf jenen Methoden dennoch wieder und erstellten Sequenziertechniken der nächsten Generation. In der sequenziell ordnenden nächsten Generation, werden DNS-Schablonenfragmente zu den festen Oberflächen wie Objektträgern oder zu den Microbeads für das automatisierte, höhere Durchsatzhandhaben befestigt. Etwas chemische Innovationen sind beim Sequenziell ordnen der zweiten Generation hinzugefügt worden. Diese Methoden wurden entwickelt und Popularität im 2000s gewannen.

Sogar sind neuere Methoden jetzt auf dem Horizont. Das Einzelne Molekülsequenziell ordnen (SMS) ist ein Anflug, der Verstärkung durch PCR umgeht, ein entscheidender Schritt in allen Technologien der nächsten Generation. PCR-Verstärkung multipliziert das ursprüngliche Fragment der Schablone DNS mit Hunderten oder Tausenden Zeiten, damit sie durch optische Nachweismethoden sichtbar gemacht werden kann.

SMS-Methoden verhören ein einzelnes DNS-Molekül und gleichen die Probleme und Vorspannungen aus, die durch den PCR-Prozess eingeführt werden. Die möglichen Vorteile von SMS über dem zukünftigen Sequenziell ordnen umfassen schnellere Umlaufszeit, lesen länger Längen, höhere Genauigkeit, weniger Ausgangsmaterial, und preiswerter. Es wird geschätzt, dass mit SMS, ein ganzes Genom möglicherweise für so wenig wie $100 sequenziell geordnet würde.

Genetische Analyse Helicos

Die Genetische Analyse-Plattform Helicos ordnet einzelne DNS-Moleküle sequenziell, die zu einem Planum geklebt werden, während sie erweitert sind. Leuchtstoff beschriftete Nukleotidentsprechungen, genannt Nukleotide Virtual Terminator. Diese Technologie benötigt noch eine Pause, nachdem jede Runde der Extension, zum der Reihenfolge zu lesen, aber sie den PCR-Schritt beseitigen, der für zukünftige Technologien wie Illumina und Roche 454 benötigt wird.

Die rohen Fehlerraten auf dem Sequenziell ordnen eines einzelnen DNA-Strangs sind mehr als 5 Prozent. Jedoch beim Sequenziell ordnen in einer in hohem Grade parallelen Art durchgeführt wird, ist die Konsens fertige Reihenfolgengenauigkeit über 99 Prozent. Diese Methode kann, um RNS direkt sequenziell zu ordnen, durch ersetzendes Rück-transcriptase für DNS-Polymerase auch angewendet werden. Genetische Analyse Helicos wurde verwendet, um das Genom von einem seiner Mitgründer, Dr. Stephen Quake im Jahre 2009 sequenziell zu ordnen, für Unter-$50.000. Jedoch archivierte Helicos nachfolgend für Konkurs des Kapitels 11 im Jahre 2012.

Einzelnes Molekül-Echtzeitsequentiell Ordnen

Pazifische Biowissenschaften entwickelten das Einzelne Echtzeit Molekül (SMRT) Methode Sequenziell Ordnend, die auf Synthese eines einzelnen Stranges von DNS direkt beobachten basiert. SMRT Sequenziell ordnen nutzt eine Nmschuppe Kammer aus, um einen einzelnen DNA-Strang und DNS-Polymerase zu trennen. Das DNS-Polymerasemolekül wird verankert und überschwemmt dann mit Leuchtstoff beschrifteten Nukleotiden.

Die Nukleotide können entdeckt werden, während sie unten zum verklemmten DNA-Strang diffundieren und durch DNS-Polymerase erkannt und integriert werden. Die Diffusion und der Extensionsprozeß geschieht in Millisekunden, also bedeutet es, dass DNS-Polymerase einige Basis pro Sekunde hinzugefügt wird. Weil die Leuchtstofffarbe zum Nukleotid durch eine Phosphatkette befestigt wird, trennt sie vom Nukleotid während der DNS-Polymerasereaktion und gibt sich von der wachsenden DNS-Kette frei.

Ein wichtiger Vorteil von SMS-Technologien ist, dass sie das Molekül kontinuierlich sequenziell ordnen, eher als pausierend, um nach jeder Runde der falschen Extension zu lesen. Auch die Methode hat die Neigung, längere Reihenfolge zu erzeugen liest, wenn sie heute mit anderen Plattformen auf dem Markt verglichen wird.

Vorbei Wiederholt: Dr. Tomislav Meštrović, MD, Doktor

Quellen

  1. http://smrt.med.cornell.edu/
  2. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022283675902132/
  3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC431765/
  4. https://www.genomeweb.com/sequencing/helicos-biosciences-files-chapter-11-bankruptcy-protection

[Weiterführende Literatur: DNA-Sequenzierung]

Last Updated: Sep 11, 2017

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