Über 1,2 Millionen Schüler*innen nutzen sofatutor!
  • 93%

    haben mit sofatutor ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert

  • 94%

    verstehen den Schulstoff mit sofatutor besser

  • 92%

    können sich mit sofatutor besser auf Schularbeiten vorbereiten

DNA-Sequenzierung

Du möchtest schneller & einfacher lernen?

Dann nutze doch Erklärvideos & übe mit Lernspielen für die Schule.

Kostenlos testen
Du willst ganz einfach ein neues Thema lernen
in nur 12 Minuten?
Du willst ganz einfach ein neues
Thema lernen in nur 12 Minuten?
  • Das Mädchen lernt 5 Minuten mit dem Computer 5 Minuten verstehen

    Unsere Videos erklären Ihrem Kind Themen anschaulich und verständlich.

    92%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim selbstständigen Lernen.
  • Das Mädchen übt 5 Minuten auf dem Tablet 5 Minuten üben

    Mit Übungen und Lernspielen festigt Ihr Kind das neue Wissen spielerisch.

    93%
    der Schüler*innen haben ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert.
  • Das Mädchen stellt fragen und nutzt dafür ein Tablet 2 Minuten Fragen stellen

    Hat Ihr Kind Fragen, kann es diese im Chat oder in der Fragenbox stellen.

    94%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim Verstehen von Unterrichtsinhalten.
Bewertung

Ø 3.1 / 47 Bewertungen
Die Autor*innen
Avatar
Dicty
DNA-Sequenzierung
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Grundlagen zum Thema DNA-Sequenzierung

DNA-Sequenzierung – Biologie

Die Sequenzierung der DNA dient nicht nur der Entschlüsselung unserer genetischen Information, sie liefert auch viele wichtige Erkenntnisse über unsere Geschichte: So spielt die sogenannte DNA-Sequenzierung eine wichtige Rolle in der Evolutionsforschung. Im Folgenden schauen wir uns an, was genau die DNA-Sequenzierung ist und wie das gängigste Verfahren der DNA-Sequenzierung – die Didesoxymethode nach Sanger – funktioniert.

DNA-Sequenzierung – Definition und Anwendung

Die DNA-Sequenzierung ist ein Analyseverfahren, bei dem die Nukleotidabfolge eines DNA‑Moleküls bestimmt wird. Dabei wird in der ermittelten Sequenz das Nukleotid durch die zugehörige Base beschrieben.

Wir erinnern uns an den Aufbau der DNA: Die DNA besteht aus zwei Strängen, die zueinander komplementär sind. Jeder Einzelstrang setzt sich aus aneinandergereihten Nukleotiden zusammen. Ein Nukleotid wiederum setzt sich aus einem Zucker, einem Phosphatrest und einer von vier Nukleinbasen zusammen: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) oder Thymin (T). Die Abfolge von Nukleotiden und der darin enthaltenen Nukleinbasen legt unseren genetischen Code fest und gibt letztendlich vor, wie unsere Erbinformation in Proteine übersetzt wird.

Mithilfe der DNA-Sequenzierung kann man nicht nur das menschliche Genom, sondern die Erbinformation eines jeden Organismus entschlüsseln. Sie gibt Aufschluss über die genetische Zusammensetzung eines einzelnen und auch über Verwandtschaftsgrade verschiedener Organismen. So lässt sich zum Beispiel herausfinden, welche Arten im Laufe der Evolution aus anderen Arten hervorgegangen sind. Die DNA-Sequenzierung findet außerdem großen Nutzen in der medizinischen Forschung: So können mit ihrer Hilfe Proteine und ihre Funktionen, aber auch genetische Ursachen für Fehlbildungen oder -funktionen verstanden werden.

DNA-Sequenzierung nach Sanger

Die Didesoxymethode nach Sanger wurde in den 1970er-Jahren entwickelt und ist noch heute das gängigste Verfahren der DNA-Sequenzierung. Sie wird auch als Kettenabbruch-Methode bezeichnet – der Grund hierfür wird im Folgenden verdeutlicht.

DNA-Sequenzierung nach Sanger – Prinzip

Ausgangspunkt der DNA-Sequenzierung nach Sanger ist ein DNA-Einzelstrang, dessen Nukleotidabfolge bestimmt werden soll. Dazu wird ein zu dem Einzelstrang komplementärer Strang synthetisiert, also hergestellt. Diese Synthetisierung wird bei einer bestimmten Base abgebrochen. Dadurch dass man weiß, welche Base zuletzt – vor dem Abbruch – in den synthetisierten Strang eingebaut wurde, kann man Rückschlüsse auf die Position der jeweiligen Base in dem zu untersuchenden Strang ziehen. Wiederholt man diesen Vorgang sehr häufig und für unterschiedliche Abbruchbasen, lassen sich immer mehr Nukleotide des DNA-Strangs bestimmen und letztendlich kann man auf seine Zusammensetzung schließen.

DNA-Sequenzierung nach Sanger – Ablauf

Nun wollen wir uns den Ablauf der Kettenabbruch-Methode genauer ansehen. Zunächst wird der zu analysierende DNA-Doppelstrang erwärmt, wodurch man einen Einzelstrang erhält. Dieser wird mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vervielfältigt.
Die identischen Kopien der DNA werden im Folgenden auf vier verschiedene Probenansätze verteilt. Jeder Probensatz enthält die vier Nukleinbasen in Form von Desoxynukleosidtriphosphaten (dNTPs), die spezifisch an die Basen des Einzelstrangs binden (Thymin an Adenin und Cytosin an Guanin), wobei jeweils eine der vier Basen zusätzlich als Didesoxynukleosidtriphosphat (ddNTP) modifiziert vorliegt. So enthält beispielsweise einer der vier Ansätze ddATP, ein weiterer ddCTP usw.
Außerdem enthält jeder Ansatz das Enzym Polymerase und bekannte Primersequenzen, die den Startpunkt des Kopiervorgangs festlegen.
Nun erfolgt in jedem Probenansatz die Synthese komplementärer DNA-Stränge mit einer Besonderheit: Den ddNTPs fehlen die Bindungsstellen (Hydroxygruppe am Zuckermolekül) für das nächste Nukleotid, sodass nach ihrem Einbau die Synthese abgebrochen wird.

An einer willkürlichen Stelle des DNA-Strangs bindet eine modifizierte Base an den DNA-Strang. Dadurch dass viele DNA-Stränge vorliegen, findet man in jedem Probenansatz synthetisierte Stränge vor, die an unterschiedlichen Stellen abgebrochen wurden. An jeder Abbruchstelle wurde die Base gleicher Art als ddNTP verbaut. So verhält es sich für jeden Probenansatz – nur eben für unterschiedliche Abbruchbasen.

Nun müssen die abgebrochenen Sequenzen noch analysiert werden. Dafür wird häufig die sogenannte Gelelektrophorese eingesetzt. Zuerst werden die synthetisierten Stränge eingefärbt, dann durchlaufen sie ein Gel. Dieses Gel wirkt wie ein Sieb, das die Moleküle – je nach Länge – aufhält. Durch ihre Einfärbung hinterlassen die Sequenzen genau dort in dem Gel eine Markierung, wo sie aufgehalten wurden. Für jeden der Probenansätze wird diese Analyse durchgeführt und man erhält unterschiedliche Bandenprofile. Anhand dieser kann man auf die Zusammensetzung der zu untersuchenden DNA schließen.

DNA Sequenzierung nach Sanger im Schema

DNA-Sequenzierung – Zusammenfassung

Nun wollen wir die wichtigsten Erkenntnisse aus diesem Video noch einmal stichpunktartig zusammenfassen:

  • Die DNA-Sequenzierung liefert wichtige Erkenntnisse über die Erbinformation eines jeden Organismus und wird unter anderem in der Evolutionsforschung und Medizin eingesetzt.
  • Die DNA-Sequenzierung ist ein Analyseverfahren, mit dem die Nukleotidabfolge der DNA bestimmt werden kann.
  • Die gängigste Methode ist die Didesoxymethode nach Sanger. Sie wird auch als Kettenabbruch-Methode bezeichnet.

In diesem Video wird dir die DNA-Sequenzierung auf einfache Weise erklärt. Dazu werden unter anderem die Fragen Was ist die DNA-Sequenzierung? und Warum macht man die DNA‑Sequenzierung? beantwortet. Auch zu diesem Thema findest du interaktive Übungen und ein Arbeitsblatt, sodass du dein neu gewonnenes Wissen direkt testen kannst.

Transkript DNA-Sequenzierung

Hallo. In diesem Video geht es um die Sequenzierung der DNA. Der Begriff Sequenzierung bezieht sich auf die Bestimmung der Reihenfolge der Nukleobasen, also die Basensequenz in einem DNA-Strang. Der Einfachheit halber nehmen wir hier nur ein kurzes Stück DNA. Zur Sequenzierung wurden unterschiedliche Methoden entwickelt. Ich werde euch die Methode vorstellen, die heute in den meisten modernen Laboren angewendet wird. Für diese Methode der Sequenzierung gibt es mehrere synonyme Bezeichnungen. Sequenzierung nach Sanger Desoxymethode oder Kettenabbruchmethode. Bei dieser Methode wird zuerst der zu sequenzierende DNA-Abschnitt mithilfe der polymerasen Kettenreaktion vervielfältigt. Über die DNA-Polymerase und die polymerase Kettenreaktion habe ich schon in einem anderen Video gesprochen. Bei der PCR zur Sequenzierung der DNA werden nicht beide Einzelstränge des Doppelstrangs, sondern nur ein Strang vervielfältigt und das nicht nur einmal, sondern viele Tausend Male.

In dem Video über die DNA-Polymerase habt ihr gesehen, dass zum Aufbau eines neuen DNA-Strangs Nukleotide notwendig sind. Diese bestehen aus einem Zuckermolekül der Desoxyribose, einem Phosphatsäurerest oder Phosphat und einer von vielen Nukleobasen. Im Reaktionsgemisch für die PCR sind sehr viele Nukleotide enthalten, dadurch sind genug Bausteine für den neuen Aufbau der DNA-Stränge vorhanden. Die DNA-Polymerase kann neue Nukleotide nur an die OH-Gruppe am dritten C-Atom des Zuckermoleküls des vorhergehenden Nukleotids anhängen. Der Trick der Sanger-Methode der Sequenzierung ist nun, dass in den Reaktionsansatz auch Nukleotide gegeben werden, denen die OH-Gruppe fehlt, sogenannte Didesoxynukleotide. Daher auch der Name Desoxymethode. Die Nukleotide werden genau wie die anderen in den neuen Strang eingebaut, allerdings kann dieser dann nicht weiter verlängert werden. Die Kette bricht ab. Deshalb heißt die Methode auch Kettenabbruchmethode.

Für die Sequenzierung verwendet man 4 Ansätze mit jeweils der gleichen Ausgangs-DNA. In jeden Ansatz kommt eine Mischung von normalen Nukleotiden und Didesoxynukleotiden mit jeweils einer bestimmten Nukleobase. Die Didesoxynukleotide sind Didesoxythymidintriphosphate, Didesoxyadenintriphosphate, Didesoxyguanintriphosphate und Didesoxycytosintriphosphate. Bei der PCR werden in vielen Zyklen immer wieder neue Stränge aufgebaut. Wird beim Aufbau des neuen Stranges anstelle eines normalen Nukleotids zufällig ein Didesoxynukleotid eingebaut, bricht die Synthese des neuen Strangs ab. Am Ende gibt es also tausende Stränge unterschiedlicher Länge, vielmehr als der DNA-Strang, den ich sequenzieren will, Basen hat. Die unterschiedlich langen Stränge werden jetzt durch Gelelektrophorese der Größe nach sortiert und sichtbar gemacht. Lange DNA-Stränge wandern langsamer durch das Gel als kurze, das heißt im unteren Bereich des Gels sind die kurzen DNA-Stränge und im oberen die längeren. Da ich weiß welches Didesoxynukleotid in welchem Ansatz ist kann ich jetzt anhand der Länge der Stücke die Sequenz ablesen. Heute verwendet man nur noch einen Reaktionsansatz, in dem man alle vier Didesoxynukleotide gibt. Um sie unterscheiden zu können, werden sie vorher mit Fluoreszenzfarbstoffen in verschiedenen Farben markiert. Disdesoxy-ATP meist in grün, Didesoxy-CTP in blau, Didesoxy-GTP in gelb und Disdesoxy-TTP in rot. Nach der PCR kommt dann die Mischung der unterschiedlich langen DNA-Stränge nicht auf ein Gel, sondern in eine Maschine, den sogenannten Sequenzer. Dort werden die DNA-Stücke auch nach ihrer Größe sortiert und kommen dann an einen Detektor vorbei, der die Farbe misst, mit der sie am Ende markiert sind. So erhält man dann die Abfolge der Basen im DNA-Strang. Mithilfe dieser Methode können nur DNA-Stränge sequenziert werden, die kürzer als tausend Basenpaare sind.

Wenn also ein längeres DNA-Stück oder gar ein ganzes Genom sequenziert werden soll, wird die entsprechende DNA erst in kleine Teile zerlegt, die sich an den Enden überlappen müssen. Durch diese Überlappung können sie später mithilfe der Sequenz zusammengefügt werden. Die Entwicklung dieser Methode durch Frederick Sanger war ein Meilenstein für die Biotechnologie und ermöglichte erst die Sequenzierung des menschlichen Genoms. Außerdem ist sie die Grundlage für die Erforschung der genetischen Information. Das war ein kurzer Überblick über die Kettenabbruchmethode, wenn ihr noch Fragen habt, schreibt einen Kommentar. Tschüss und danke fürs Zuschauen!

26 Kommentare
26 Kommentare
  1. Hallo Mytom88mytom,
    ab 3:25 schreibt die Tutorin die Basen auch neben die "DNA Banden": ATCAACGTG
    Du hast also die zweite Base vertauscht.
    Zudem musst du beachten, dass bei einer Gelelektrophorese kleine Moleküle nach unten durchwandern. Oben liegen also die längsten DNA Abschnitte. Somit beginnt die Leserichtung der Sequenz unten. Die Reihenfolge wäre dann: GTGCAACTA. Um es absolut korrekt anzugeben müsstet du nun noch eindeutig machen, um welchen der beiden DNA Stränge es sich handelt, 5' zu 3' oder 3' zu 5'. Die Synthese eines neuen DNA-Stranges erfolgt immer vom 5'- zum 3'- Ende. Da es sich bei den DNA Stücken im Gel um Stücke des synthetisierten DNA-Strangs handelt, lautet die eindeutige Sequenz: 5'GTGCAACTA3'. Die Template DNA ist komplementär dazu.
    Du siehst, wie wichtig es ist, die Grundlagen der Genetik zu verstehen, um eine spezielle Methode verstehen zu können. Grundlagen für dieses Video sind: Der Aufbau der DNA, die Methode der PCR und die Methode der Gelektrophorese.
    Wie im Video gesagt, wird heutzutage allerdings ein "Sequenzer" verwendet, um die Sequenz der DNA zu ermitteln (im Video ab 3:29 erklärt).

    Von Tatjana Elbing, vor mehr als 4 Jahren
  2. Also würde der DNA-Strang (aus 3:17)ungefähr so aussehen:
    -weitere Basen--Adenin
    -weitere Basen-Guanin
    -weitere Basen-Cytosin
    -weitere Basen-Adenin...

    Von Mytom88mytom, vor mehr als 4 Jahren
  3. Hallo Mytom88mytom,
    stell dir vor ich schreibe 3 Buchstaben alle 1 cm versetzt nebeneinander auf ein Stück Papier. Nun teile ich dir mir, welcher Buchstabe sich bei welchem cm befindet: A bei 2 cm; T bei 0 cm; G bei 1 cm. Kennst du nun die Reihenfolge der Buchstaben?
    Der erste Buchstabe steht am Anfang bei 0 cm: T Der Länge nach weiter folgen die Buchstaben G und A. Die Reihenfolge lautet: TGA
    Genauso lässt sich das Ergebnis der DNA Sequenzierung interpretieren.
    So lässt sich anhand der Länge (die Größe der DNA wird nicht in cm, sondern meist in Basenpaaren angegeben) und des Wissens, an welcher Stelle sich welches Didesoxynukleotid befindet, die Abfolge, die sogenannte Sequenz der Basen ablesen.
    Ich hoffe, dass ich dir damit weiterhelfen konnte.
    Bei weiteren Fragen kannst du dich auch gerne an unseren Hausaufgabenchat, Mo-Fr 17-19 Uhr, wenden.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor mehr als 4 Jahren
  4. Ich verstehe irgendwie noch nicht warum man anhand der Länge der Stücke und des Wissens,wo welches Didesoxynucleotid sich befindet,die Sequenz ablesen kann.(3:21)
    Kann mir das jmd genauer erläutern?

    Von Mytom88mytom, vor mehr als 4 Jahren
  5. Hallo,
    Ich denke, dass du das Prinzip richtig verstanden hast. Deine Erklärung ist für mich sehr gut nachvollziehbar. Und ich finde es super, dass du nochmal nachgefragt hast.

    Solltest du noch weitere Fragen zum Thema Gentechnik haben, kannst du diese auch gerne im Hausaufgaben-Chat stellen.

    Von Karsten S., vor mehr als 5 Jahren
Mehr Kommentare