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DNA-Analytik II Technologien der DNA-Sequenzierung

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DNA-Analytik II

Technologien derDNA-Sequenzierung

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Platten-Sequenzierautomat 1990-2000ABI 377

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ABI 377Aufbau

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Platten-Sequenzierautomat ABI377Scanning/Detektionssystem

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Platten-Sequenzierautomat ABI377PA-Gel

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Platten-Sequenzierautomat ABI377PA-Gel

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Platten-Sequenzierautomat ABI377PA-Gel

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Kapillar-SequenziererABI 3700 1999-2002

                                                                

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ABI 3700Aufbau

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ABI 3700Elektrophorese & Detektion

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Kapillar-SequenziererABI 3730 2002-…

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ABI 3730Aufbau

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ABI 3730Kapillar-Array

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ABI 3730Elektrokinetische Injektion

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ABI 3730Detektion

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ABI 3730Beschickung

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ABI 373096 Kapillaren – 384 Proben

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ABI 3730Probendurchsatz

1.0 Mb/d 1.5 Mb/d 2.1 Mb/d

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ABI 3730Demo

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Pyro-SequenzierungPSQTM 96

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• Real time sequencing (Sequence by synthesis)

• Four-enzyme mixture

PyrosequencingPyrosequencing

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PPi

ATP

PyrosequencingPyrosequencing

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Step 1• Sequencing primer hybridized to ssDNA ,

PCR amplified template• Primer and template incubated with

DNA polymerase ATP sulphurylase

LuciferaseApyraseAdenosine 5’ phosphosulphateLuciferin

enzymes

substrates

PyrosequencingPyrosequencing

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Step 2

• Addition of deoxynucleotide

• Incorporation by DNA polymerase Release of pyrophosphate (PPi)

Equimolar quantity to incorporated

nucleotide

PyrosequencingPyrosequencing

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Step 3• PPi + APS ATP

• luciferin + ATP + O2

oxyluciferin + AMP + PPi + CO2 + Light

• Detection of light with CCD-camera Peak in pyrogram

ATP sulphurylase

Luciferase

PyrosequencingPyrosequencing

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Step 4

• Degradation of unincorporated nucleotides and ATP by apyrase

Light is switched off

Solution conditioned for a new

nucleotide addition

PyrosequencingPyrosequencing

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• Pyrogram

the height of the peak is proportional to the amount of incorporated nucleotides

PyrosequencingPyrosequencing

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PolymeraseO

O OP

=

O

O

P=

O

O

O

O OP

=

O

O

P

=

O

O

O

OA

OO

OHOHOH

O

P

=O

O

OSS

=

O

ATP-sulfurylase

Luciferase

light

OP

=

O

O

P

=

O

O

O NOO

HOH

O

P

=

O

dNTP PPi

PPi

APS

O AOO

OHOH

O

P

=

O

OP

=

O

O

P

=

O

O

O

ATP

PyrosequencingPyrosequencing

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APO O

O

HOH

= S

O

PO

= O

O

PO

= O

OdATPαS

• dATPαS is used in the pyrosequencing reaction

Luciferase does not use dATPαS as substrate

PyrosequencingPyrosequencing

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Pyro-SequenzierungDemo

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Sequenzierung durch HybridisierungDNA-Chip

M. Chee et al. Science 274:610 (1996)

match missmatch variation

Probe entspricht Array-Design

Probe weicht in einer Position ab

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Sequenzierung durch HybridisierungChip für das menschliche Mitochondrium

M. Chee et al. Science 274:610 (1996)

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454Genome Sequencer GS20/FLX

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454Workflow

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454emPCR

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454Sample loading

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GS 20 • 25 Mb• 100 nt read length

• 4h

GS FLX Titanium Chemistry 10/2009 • 100 Mb 500 Mb• 250 nt read length 400 nt• 7h 10 h

• 100/400/2.000x currant Sanger technology

454Parameters

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Solexa

Advanced genetic analysis

one billion bases at a time

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SolexaSolid-phase clonal single molecule PCR

“Bridge amplification”

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100μm

colony of ≈1000 single-stranded DNA templates

Single well of   454 Life Sciences 

PicoTiterPlateTM (to same scale)

SolexaSolid-phase clonal single molecule PCR

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SolexaSequencing by synthesis (SBS)

removal of fluorescent labels & 3’OH blocking*

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SolexaRead length

0

20

40

60

80

100

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

3 errors

2 errors

1 error

Perfect

%

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ABI AgencourtSOLID

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SOLIDHardware

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SOLID2-base encoding

( )

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SOLID2-base encoding

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SOLID2-base encoding

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SOLID2-base encoding

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Futuristische Technologie Einzel-Molekül-Sequenzierung (tSMS)

www.helicosbio.com

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Futuristische Technologie Immobilisierte Polymerase

www.pacificbiosciences.com

lange Sequenzen

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Futuristische Technologie Fluoreszens-Resonanz-Energie-Transfer (FRET)

visigenbio.com

F-Donor : PolymeraseF-Akzeptor: γ-Phosphat des dNTP

1Mb/s>1 humanes Genom/Tag

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Futuristische TechnologieNanopore

Messwert

Strom von K+-Ionen, die der DNA beim Porendurchtritt entgegen fließen

www.mcb.harvard.edu/branton/nanopore.html

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IBMWaver pore

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genome.fli-leibniz.deTeaching