DNA-Sequenzierung einfach erklärt

Wie die Reihenfolge der Basenpaare bestimmt wird — von der Sanger-Methode bis zur Gelelektrophorese.

Sequenzierung beantwortet eine einzige Frage: In welcher Reihenfolge stehen die Basen A, T, G und C in einem DNA-Abschnitt? Das klingt schlicht, ist aber die Grundlage von fast allem, was Genetik heute leistet.

Die Dimension macht das Problem deutlich: Legte man die DNA einer einzigen menschlichen Zelle aneinander, ergäbe das rund zwei Meter Faden, aufgeteilt auf 46 Chromosomen. Gelesen wird deshalb nie am Stück, sondern in kurzen Fragmenten, die anschließend rechnerisch wieder zusammengesetzt werden.

Die Sanger-Methode

Frederick Sanger stellte 1977 das Kettenabbruchverfahren vor. Eine Polymerase baut den Gegenstrang zu einer Vorlage auf. Dem Ansatz werden neben den normalen Bausteinen auch veränderte Nukleotide beigemischt, an die sich nichts mehr anhängen lässt. Wird eines davon eingebaut, bricht die Kette genau an dieser Stelle ab.

Weil das zufällig an unterschiedlichen Positionen geschieht, entsteht ein Gemisch von Fragmenten jeder möglichen Länge. Trennt man sie nach Größe auf — klassisch per Gelelektrophorese, heute per Kapillarelektrophorese — und liest die Farbmarkierung des jeweils letzten Bausteins ab, ergibt sich die Sequenz Base für Base. Sanger erhielt dafür 1980 seinen zweiten Nobelpreis.

Das Verfahren ist genau und wird für kurze, klar umrissene Abschnitte bis heute eingesetzt — etwa um einen einzelnen Befund zu bestätigen.

Next-Generation Sequencing

Für ganze Genome ist Sanger zu langsam. Seit Mitte der 2000er lesen NGS-Verfahren Millionen Fragmente parallel. Der Preis fiel dadurch dramatisch: Das erste menschliche Genom kostete Milliarden und brauchte Jahre; heute liegt eine Genomsequenzierung im niedrigen vierstelligen Bereich und dauert Tage.

Neuere Long-Read-Verfahren lesen sehr viel längere Stücke am Stück. Sie sind pro Base fehleranfälliger, kommen dafür mit sich wiederholenden Regionen zurecht, an denen kurze Leseverfahren scheitern — der Grund, warum erst damit 2022 eine lückenlose menschliche Genomsequenz gelang.

Panel, Exom oder Genom — welche Tiefe wofür

Wird tatsächlich sequenziert, gibt es drei übliche Umfänge. Ein Panel liest gezielt eine Auswahl von Genen, die zu einer konkreten Fragestellung passen — etwa erblicher Brust- und Eierstockkrebs. Es ist schnell, günstig und am einfachsten zu interpretieren, findet aber nichts außerhalb seiner Liste.

Die Exom-Sequenzierung liest alle proteincodierenden Abschnitte — rund ein bis zwei Prozent des Erbguts, in denen aber ein Großteil der bekannten krankheitsverursachenden Varianten liegt. Sie ist in der Diagnostik seltener Erkrankungen der übliche Standard.

Die Genom-Sequenzierung (Whole Genome Sequencing) liest alles, auch die regulatorischen Bereiche dazwischen. Sie liefert die meisten Daten — und damit auch die meisten Varianten unklarer Bedeutung, die niemand sicher einordnen kann. Mehr Daten heißen hier nicht automatisch mehr Antworten; sie heißen zunächst mehr Fragen.

Für Verbraucher:innen ist die praktische Konsequenz einfach: Wenn ein Angebot „Sequenzierung" bewirbt, lohnt die Nachfrage, welcher dieser drei Umfänge gemeint ist — oder ob es sich in Wahrheit um einen Array-Test handelt.

Was kommerzielle Tests wirklich machen

Ein wichtiger Punkt für die Einordnung: Die meisten Herkunfts- und Gesundheitstests sequenzieren gar nicht. Sie verwenden Microarrays, die eine vorher festgelegte Auswahl bekannter Positionen abfragen — typischerweise einige hunderttausend. Das ist schnell und günstig, liest aber nur, wonach gefragt wurde.

Wer wirklich eine Sequenzierung will, muss gezielt nach „Whole Genome Sequencing" oder „Exom-Sequenzierung" suchen — und deutlich mehr zahlen. Ein Array-Test ist kein schlechter Test; er ist nur etwas anderes, als der Begriff „Sequenzierung" nahelegt.

Was die einzelnen Anbieter tatsächlich untersuchen und wie wir ihre Genauigkeit bewerten, steht im Anbieter-Vergleich.

Häufige Fragen