GESAMTGENOMSEQUENZIERUNG

GESAMTGENOM-SEQUENZIERUNG

Übersicht – Was ist Gesamtgenom-Sequenzierung?

Gesamtgenom-Sequenzierung (WGS) oder Gesamtgenom-Resequenzierung ist eine Methode, bei der das gesamte Genom eines Organismus durch Sequenzieren bestimmt wird. Dieses umfassende Verfahren liefert Sequenzinformationen über chromosomale und mitochondriale DNA sowie bei Pflanzen auch über Chloroplasten-DNA. Dank des Rückgangs der Sequenzierungskosten ist die Methode nun noch attraktiver für Forscher, die planen, das Genom von Menschen, Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen zu sequenzieren. 

Die Genom-Resequenzierung ist oft die bevorzugte Methode zum Nachverfolgen von Krankheitsausbrüchen, Untersuchen von krankheitsassoziierten genetischen Mutationen, Fördern der Evolutionsgenetik oder Entdecken und Typisieren neuer Organismen. Die tiefgreifende Abdeckung der Gesamtgenom-Sequenzierung ermöglicht die Analyse des gesamten Spektrums an genetischen Variationen. Anhand einer vergleichenden Analyse von Arten auf Genomebene können Informationen über Syntenie, horizontale Gentransfers und orthologe Gene abgeleitet werden. Gesamtgenom-Sequenzierung ist ein unverzichtbarer Bestandteil jeder genomweiten Assoziationsstudie (GWAS), bei der häufige genetische Varianten in verschiedenen Individuen bewertet werden, um zu entscheiden, ob eine Variante mit einem bestimmten krankheitsassoziierten Phänotyp in Zusammenhang steht. Das Hauptaugenmerk von GWAS richtet sich in der Regel auf die Beziehung zwischen Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP) und Merkmalen, die mit schweren Krankheiten im Zusammenhang stehen. 

Anwendungsbereiche – Welche Vorteile bietet die Genom-Resequenzierung?

Gesamtgenom-Resequenzierung kann für Forschungszwecke auf folgende Weise nützlich sein:

  • Umfassender Überblick über das Genom auf Basenniveau
  • Variant Calling von SNPs, Insertionen, Deletionen, Inversionen, Umlagerungen und Veränderungen der Kopienzahl in jeder Größe
  • Entdeckung potenzieller krankheitsverursachender Varianten 
  • Assemblierung neuer Genome, die sich über repetitive und komplexe Genomregionen erstrecken
  • Annotation von Genen in Gesamtgenomassemblierungen
  • Charakterisierung von Haplotypen
  • Vergleichende Analyse auf Genomebene
  • Charakterisierung von Erreger-DNA aus infizierten Wirten

Arbeitsablauf – Methoden und Techniken der Genom-Resequenzierung

Der erste Schritt der Gesamtgenom-Sequenzierung ist die Fragmentierung der genomischen DNA in zufällige Fragmente. Bei der Bibliothekerstellung werden spezielle Adapter an die DNA-Fragmente ligiert und die DNA-Bibliothek wird sequenziert. Je nach Technik werden Sequenzierungs-Reads von unterschiedlicher Länge erzeugt. Sodann werden die Reads mit einem Referenzgenom abgeglichen. Ist kein Referenzgenom vorhanden, kann das Genom anhand der sich überlappenden Bereiche der Sequenz zusammengesetzt werden (siehe De novo-Genomsequenzierung).  

Gesamtgenom-Resequenzierung versus Exom-Sequenzierung

Der Hauptunterschied zwischen WGS und Gesamtexom-Sequenzierung (WES) besteht darin, dass bei WGS das gesamte Genom sequenziert werden soll, während WES nur die proteinkodierenden Sequenzen liefert. Ein typisches WES-Projekt erfordert rund 90 GB Sequenzierungsdaten im Vergleich zu einem WES-Projekt, das nur etwa 5 bis 6 GB Daten erfordert, da es nur etwa 2 % des Genoms zum Ziel hat. 

WGS erfordert keine gezielte Anreicherung für Exons. Zudem kann die Gesamtgenom-Sequenzierung sich lange Read-Längen zunutze machen (beispielsweise mit der Technologie von PacBio), wodurch sie für die Bestimmung von krankheitsbezogenen Attributen besser geeignet ist, wie z. B. von Veränderungen der Kopienzahl, Umlagerungen und strukturellen Variationen. WGS kann darüber hinaus Informationen über regulatorische Regionen in den nicht-kodierenden Teilen des Genoms liefern (z. B. Promotoren, Enhancer). Des Weiteren ist WES ausschließlich auf einige Organismen beschränkt, während mittels WGS beinahe jeder interessierende Organismus erforscht werden kann.  

Wissenschaftliche Expertise: Genom-Resequenzierung

Seit 2006 stellt GATC Biotech Dienstleistungen für die Next Generation Sequenzierung zur Verfügung. Als erstes Unternehmen, das die meistverwendete Plattform für WGS – Illumina HiSeq – eingerichtet hat, beherrscht GATC Biotech in vollem Umfang alle Verarbeitungsschritte für die vollständige Genomassemblierung. 

Für die De novo-Genomsequenzierung kommt bei GATC Biotech die beliebte Sequenzierungsplattform von PacBio zur Anwendung. Mit Sequenzierungs-Reads von unübertroffener Länge eignet sich dieses Sequenzierungssystem bestens zum Gewinnen finalisierter neuer Genome mit einer minimalen Anzahl von Fehlassemblierungen. GATC Biotech hat als erster kommerzieller Sequenzierdienstleister das PacBio-System erworben und bietet seinen Kunden durch Nutzung der Plattform und Analysieren der daraus resultierenden Sequenzierungs-Reads eine konkurrenzlose Erfahrung.  

Publikationen

Unter Publikationen, finden Sie eine Liste ausgewählter Forschungsartikel, unterstützt von Sequenzierungsprodukten von GATC Biotech, sowie die neuesten Publikationen zum Thema Genom-Resequenzierung.

Produkte in Verbindung mit Gesamtgenom-Resequenzierung

Sie hätten Interesse an einer WGS für Ihr Projekt? Nutzen Sie unsere fachgerechte Lösung zur Genom-Resequenzierung mit Sequenzierungs-Reads, die auf einer führenden Sequenzierungsplattform erzeugt werden. Unser Expertenteam führt Sie durch die Planung des Projekts und unser bestens ausgebildetes Fachpersonal übernimmt Ihre Proben während der Bibliothekerstellung und Sequenzierung. Fachleute für Bioinformatik liefern Ihnen sodann eine detaillierte Analyse Ihrer Sequenzierungsdaten.

Sehen Sie, wie Ihre Forschungsprojekte mit Hilfe unseres Gesamtgenom-Resequenzierungsdienstes gefördert werden können – für weitere Informationen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.

In Fällen, wo nur die kodierenden Regionen des Genoms von Interesse sind, können Sie unser vorgefertigtes Paket INVIEW HUMAN EXOME zu Ihrem Vorteil verwenden.  

Weiterführende Literatur zum Thema WGS

Ng, P.C., Kirkness, E.F. Whole genome sequencing. Methods Mol Biol. 628, 215 - 26 (2010).
Ekblom, R., Wolf, J.B. A field guide to whole-genome sequencing, assembly and annotation. Evol Appl. 7(9):1026-42 (2014).