Die wissenschaftlichen Grundlagen

Welches Verfahren zur DNA-Analyse nutzen wir?

Dein DNA-Profil wird im Labor mithilfe modernster Analysetechnik ausgewertet. Dabei untersuchen wir gezielt Genmarker, die Einfluss auf Stoffwechsel, Nährstoffaufnahme und Regeneration haben.

Wir nutzen das Illumina-Verfahren des weltweit führenden Herstellers Illumina.

Der im Illumina Verfahren genutzte GSA-Chip wertet über 700.000 genetische Marker (SNPs) hocheffizient aus.

Wie funktioniert das Illumina-Verfahren?   

Das Illumina-Verfahren, auch bekannt als Sequenzierung durch Synthese, ist eine Methode des Next-Generation-Sequencing (NGS) zur Bestimmung der DNA-Sequenz. Dabei wird die DNA zunächst in Fragmente zerlegt, die an eine Glasoberfläche (Flow Cell) gebunden werden. Anschließend werden durch Einsatz einer Brücken-PCR und von fluoreszierenden Nukleotiden in Echtzeit Millionen von DNA-Clustern parallel sequenziert. 

Mit dieser Technologie kann eine große Zahl genetischer Marker (SNPs) akkurat, rasch und kosteneffizient ausgewertet werden.

Die Hauptschritte des Illumina-Verfahrens:   

1. Probenvorbereitung (Library Preparation)

• Fragmentierung: Die zu analysierende DNA aus deiner Speichelprobe wird zunächst in viele kleine Stücke zerlegt.
• Adapter-Anbringung: An den Enden dieser DNA-Fragmente werden spezielle Adapter-Sequenzen angebracht. Diese dienen später als Bindestellen für die Festlegung an den Sequenzier-Fließzellen und für die PCR-Amplifikation. 

2. Cluster-Generierung

• Bindung an Fließzelle: Die vorbereiteten DNA-Fragmente werden in eine sogenannte Fließzelle gegeben. Die Oberfläche dieser Zelle ist mit Oligonukleotiden (kurzen DNA-Sequenzen) beschichtet, die komplementär zu den Adaptern an den DNA-Fragmenten sind. Die DNA-Fragmente binden sich an diese Oligonukleotide.
• Brückenamplifikation: Enzyme vervielfältigen die DNA-Fragmente an Ort und Stelle, sodass auf der Fließzelle klonale Cluster entstehen. Jeder Cluster besteht aus Millionen identischer Kopien eines einzigen DNA-Fragments. 

3. Sequenzierung durch Synthese (SBS)

• zyklische Anlagerung: In Zyklen werden der Fließzelle vier verschiedene Nukleotide (A, T, C, G) zugeführt. Jedes Nukleotid ist mit einem reversiblen Terminator und einem eindeutigen fluoreszierenden Farbstoff markiert.
• Farbmarkierungsdetektion: Wenn ein Nukleotid an den wachsenden DNA-Strang anlagert, wird das Fluoreszenzsignal dieses Nukleotids von einer Kamera erfasst.
• Terminator-Entfernung: Danach wird der Terminator chemisch entfernt, sodass der nächste Zyklus mit dem nächsten Nukleotid beginnen kann.
• Basisbestimmung: Dieser Prozess wiederholt sich, bis die gesamte Sequenz des Fragments erfasst ist. Aus den erfassten Fluoreszenzsignalen wird die Basenabfolge bestimmt. 

4. Datenanalyse

• Rohdatenverarbeitung: Die aufgenommenen Bilddaten der Fluoreszenzsignale werden mithilfe spezieller Software in die Rohsequenzdaten umgewandelt.
• Alignment: Die erfassten Sequenzen (sogenannte Reads) werden mit einer Referenzgenom-Sequenz abgeglichen, um ihre ursprüngliche Position zu bestimmen.
• Ergebnisauswertung: Schließlich erfolgt die Interpretation der Daten, um genetische Variationen, wie Mutationen oder Genfusionen, zu identifizieren. 

Vorteile des Illumina-Verfahrens

• Massiv parallele Sequenzierung: Ermöglicht die gleichzeitige Analyse von Millionen von DNA-Fragmenten, was einen hohen Datendurchsatz ermöglicht.
• Hohe Genauigkeit: Die Methode liefert sehr präzise Sequenzdaten.
• Breites Anwendungsspektrum: Illumina-Technologie wird für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter die Sequenzierung ganzer Genome, Exome-Sequenzierung, Transkriptomik (RNA-Seq) und epigenetische Analysen.