Sequenzierung einzelner Chromosomen möglich

In den letzten drei Jahren hat sich die Zahl der sequenzierten Genome von einigen wenigen auf Hunderte erhöht. Zudem befinden sich Tausende in der Entwicklung. Doch obwohl diese Entwicklung erfreulich ist, fehlen bei allen entschlüsselten Genomen einige entscheidende Informationen.

Im Erbgut befinden sich von jedem Chromosom zwei Kopien, jeweils eine Kopie von mütterlicher und eine von väterlicher Seite. Genvariationen, die auf der Genkarte nebeneinanderliegen, können einerseits von einem Elternteil stammen, dann liegen die Sequenzen auf einem Chromosom. Die Variationen können jedoch auch von beiden Elternteilen abstammen. In diesem Falle liegen sie sowohl auf dem väterlichen als auf dem mütterlichen Chromosom. Mit den herkömmlichen Sequenzierungs-Methoden ließ sich bisher nicht unterscheiden, von welchem Chromosom die Genvariationen stammen. Zwei Teams von Wissenschaftlern haben nun Methoden entwickelt, um die Herkunft unterscheiden zu können.

Beide Teams haben Wege gefunden, diese sogenannten Haplotypen exakt zu bestimmen. Stephen Quake von der Stanford University entwickelte mit seinen Mitarbeitern eine Methode, Chromosomenpaare physikalisch zu trennen, sodass jeder einzelne DNA-Strang individuell entschlüsselt werden kann. Mithilfe der Mikrofluid-Technologie werden Zellen während einer spezifischen Phase des Zellzyklus gewonnen, wenn die zwei Kopien der Chromosomen getrennt vorliegen. Die Zelle wird dann aufgebrochen, die Chromosomen werden auf verschiedene Kammern des Mikrofluid-Chips verteilt, dort vervielfältigt und die DNA in jeder Kammer analysiert.

Jay Shendure von der University of Washington in Seattle sequenzierte dagegen die DNA einzelner Chromosomen aus speziell ausgewählten Datenbanken und setzte mit diesen Informationen das Genom anschließend zusammen. Da jeder DNA-Baustein von einer Hälfte eines Chromosomenpaars stammt, müssen alle genetischen Varianten innerhalb einer Sequenz auf demselben Chromosom liegen, so seine Überlegung.

Zukünftige Bedeutung

Die Bedeutung dieser haplotypen Informationen könnte zukünftig große Bedeutung für die Diagnose von Krankheiten und das Verständnis der genetischen Grundlagen ebenso wie für die genetische Erforschung der Stammesgeschichte haben. Durch die Möglichkeiten gezielt diagnostische Marker zu entwickeln, würden eine präzisere und vor allem eine beschleunigte Pflanzenzüchtung, z.B. bei der Entwicklung von krankheitsresistenten Sorten möglich.

Beide Methoden erhöhen im Moment die Kosten einer Genomsequenzierung, sodass ihre Einführung in routinierte Prozesse noch ungewiss erscheint. Die Basis für die Sequenzierung von Haplotypen wurde mit den beschriebenen Methoden geschaffen.

Quellen:
Jacob O Kitzman et al.: Haplotype-resolved genome sequencing of a Gujarati Indian individual, Nature Biotechnology, 29, 59–63 (2011), doi:10.1038/nbt.1740, 19 Dec. 2010 (Link)

Quake et al.: Whole-genome molecular haplotyping of single cells, Nature Biotechnology 29, 51–57 (2011), doi:10.1038/nbt.1739, 19 Dec. 2010