Gesamtgenomsequenzierung

Die Gesamtgenomsequenzierung (Whole-Genome Sequencing, WGS) bestimmt die nahezu vollständige Nukleotidsequenz des Genoms eines Organismus in einem einzigen Assay, anstatt ausgewählte Gene oder Regionen zu sequenzieren. Durch das Auslesen sowohl kodierender als auch nicht-kodierender DNA liefert sie den umfassendsten primären genomischen Datensatz und dient als Input für die Assemblierung, Variantenidentifizierung und nachgeschaltete Genomanalysen.

Definition

Die Gesamtgenomsequenzierung ist der Labor- und Computerprozess zur Bestimmung der Reihenfolge im Wesentlichen aller Nukleotide im gesamten Genom eines Organismus, typischerweise durch Fragmentierung der DNA, redundantes Auslesen der Fragmente und deren Rekonstruktion oder Ausrichtung, um die vollständige Sequenz wiederherzustellen.

Scope

Der Eintrag behandelt, was WGS misst, die Shotgun-Strategie der Fragmentierung und des Auslesens des Genoms mit hoher Abdeckung, den Kontrast zu zielgerichteten Ansätzen wie der Ganz-Exom-Sequenzierung und die Rolle der Sequenziertiefe bei der Bestimmung der Sensitivität. Es handelt sich um ein methodisches Thema und liefert keine klinischen oder Testempfehlungen.

Core questions

• Was erfasst die Gesamtgenomsequenzierung, was die zielgerichtete Sequenzierung nicht erfasst?
• Wie rekonstruiert die Shotgun-Strategie ein ganzes Genom aus vielen kurzen Fragmenten?
• Wie beeinflusst die Sequenziertiefe, welche Varianten detektiert werden können?

Key concepts

• Shotgun-Sequenzierung
• Sequenziertiefe und Abdeckung
• Gesamtgenom- versus Ganz-Exom-Sequenzierung
• Kodierende und nicht-kodierende Regionen
• Reversible Terminator-Chemie
• Input für die Variantenidentifizierung

Mechanisms

Bei der WGS wird genomische DNA fragmentiert und viele Male ausgelesen, sodass jede Position durch mehrere unabhängige Reads abgedeckt wird; die Redundanz (Tiefe) ermöglicht die Überprüfung von Basenaufrufen und unterstützt die Detektion von Varianten. Der Whole-Genome-Shotgun-Ansatz, der von Venter und Kollegen im menschlichen Maßstab demonstriert wurde, zerlegt das Genom in zufällige Fragmente, sequenziert diese und setzt sie rechnerisch wieder zusammen. Die Reversible-Terminator-Chemie ermöglichte später das genaue massiv-parallele Auslesen ganzer menschlicher Genome zu wesentlich geringeren Kosten. Da WGS sowohl nicht-kodierende als auch kodierende DNA ausliest, erfasst sie regulatorische und strukturelle Variationen, die bei zielgerichteten Assays übersehen werden.

Clinical relevance

Die Gesamtgenomsequenzierung wird zunehmend in der Forschung und klinischen Genomik eingesetzt, um die vollständige genetische Ausstattung eines Individuums zu charakterisieren und die Variantenentdeckung in kodierenden und nicht-kodierenden Regionen zu unterstützen. Dieser Eintrag beschreibt die Methode und ihre Datencharakteristika; es handelt sich um edukatives Referenzmaterial und nicht um eine Empfehlung für einen spezifischen Test oder eine klinische Maßnahme.

Evidence & guidelines

Die grundlegende Evidenz ist eine Reihe wegweisender Primärstudien: die beiden 2001 veröffentlichten menschlichen Genomsequenzen (Venter et al.; International Human Genome Sequencing Consortium) und die Demonstration der genauen massiv-parallelen Gesamtgenomsequenzierung durch Bentley et al. (2008). Methodische Übersichten wie Sims et al. (2014) dokumentieren, wie Tiefe und Abdeckung die analytische Sensitivität beeinflussen.

History

Die Gesamtgenomsequenzierung im menschlichen Maßstab wurde erstmals 2001 durch zwei parallele Anstrengungen erreicht, eine unter Verwendung der hierarchischen klonbasierten Sequenzierung und eine unter Verwendung der Whole-Genome-Shotgun-Assemblierung. Die Demonstration der genauen Sequenzierung mit Reversible-Terminator-Chemie im Jahr 2008 machte die WGS im Populationsmaßstab machbar, und Tiefe und Abdeckung wurden zu zentralen Designparametern, als die Methode ausgereift war.

Key figures

• J. Craig Venter
• Eric Lander
• David Bentley

Seminal works

• venter-2001
• ihgsc-2001-wgs
• bentley-2008

Frequently asked questions

Wie unterscheidet sich die Gesamtgenomsequenzierung von der Ganz-Exom-Sequenzierung?

Die Gesamtgenomsequenzierung liest im Wesentlichen das gesamte Genom aus, einschließlich nicht-kodierender und regulatorischer Regionen, während die Ganz-Exom-Sequenzierung nur den protein-kodierenden Anteil (das Exom) erfasst, der einen kleinen Bruchteil des Genoms ausmacht.

Warum ist die Sequenziertiefe bei der Gesamtgenomsequenzierung wichtig?

Die Tiefe (wie viele Reads jede Position abdecken) bestimmt, wie sicher Basenaufrufe und Varianten gemacht werden können; eine höhere Tiefe verbessert die Sensitivität und Genauigkeit, insbesondere für die Detektion von niedrigfrequenten oder heterozygoten Varianten.