DNA består av en lång kedja av nukleotiderna G, A, T och C som sitter ihop i en specifik ordningsföljd.
DNA-sekvensering är en process för att fastställa ordningen (sekvensen) av de fyra nukleotiderna guanin (G), adenin (A), tymin (T) och cytosin (C) i en DNA-molekyl. Nukleotider, även kallad för kvävebaser, är DNA:ts byggstenar som sätts ihop i en bestämd ordning och bildar kedjor i olika längder. Det är sekvensen och dess längd som avgör vilken information som en DNA-molekyl bär på.
Genom att fastställa DNA-sekvensen kan forskare identifiera vilka delar i en DNA-molekyl som är proteinkodande och icke-kodande gener. Samt identifiera genmutationer i blod och vävnader som är kopplade till sjukdomar som cancer, och huruvida de är ärftliga eller inte.
Genombrottet på 70-talet
Fram till slutet av 70-talet var det svårt att sekvensera DNA; endast ett fåtal kvävebaser kunde sekvenseras. Mellan 1976 och 1977 utvecklades dock två nya sekvenseringsmetoder, å ena sidan Maxam-Gilbert-metoden av Alan Maxam och Walter Gilbert, och å andra sidan dideoxy-metoden av Fredrick Sanger. Båda metoder kunde sekvensera flera hundra kvävebaser åt gången, men det var Sangers metod som fick störst spridning då den var enklast och gav bäst resultat.
Fredrick Sanger och Walter Gilbert tilldelades nobelpriset i kemi 1980 för sina bidrag rörande sekvensbestämning av DNA. Priset delade de med Paul Berg för hans biokemiska studier om nukleinsyror.
Även om Sangers sekvenseringsmetod fortfarande används än idag, finns modernare metoder såsom shotgun- och pyrosekvensering som är snabbare och mer exakta. Med next generation sequencing (NGS) kan man sekvensera det mänskliga genomet (arvsmassa) på en dag, något som utan den nya tekniken tidigare skulle ta många år.
Revolution för forskning och diagnostik
För forskare är DNA-sekvensering ett ovärderligt verktyg. Att kunna läsa av den genetiska koden har revolutionerat molekylär- och evolutionsbiologin. Det är nu möjligt att studera gener och proteiner, och dess funktioner i normala och sjukdomstillstånd på ett mer detaljerat sätt än tidigare. Evolutionsbiologer kan studera arters släktskap och hur de evolverat genom historien.
Även inom det medicinska fältet har DNA-sekvensering många tillämpningar. Gentester har blivit alltmer populärt på senare år och kan ge värdefull information om en frisk person bär på mutationer i gener som höjer risken för sjukdomar som cancer. Vetskapen om att man bär på genetiska sjukdomsfaktorer gör det möjligt för personer att sätta in åtgärder som minskar risken för att sjukdomen bryter ut.
Sekvensering av blod och vävnad (biopsi) från en cancerpatient kan avslöja cancertyp och vilka gener som är muterade. Informationen kan hjälpa läkare att välja passande behandling.
Detsamma gäller identifiering av bakterier som orsakar infektioner. Bakterieinfektioner behandlas i regel med antibiotika. Men för att behandlingen ska ha någon effekt, är det viktigt att rätt antibiotika används. Med hjälp av DNA-sekvensering kan läkare identifiera vilken typ av bakterie som orsakat infektionen och därmed välja rätt antibiotika.
Hur ser framtiden ut?
Förbättringar av nuvarande DNA-sekvenseringsmetoder sker kontinuerligt. Tekniken blir bättre, snabbare och billigare. Under 1990 och början av 2000-talet tog det mer än tio år att sekvensera en människas arvsmassa, medan det idag tar cirka ett dygn.
Många förutspår att DNA-sekvensering kommer att få ett bredare användningsområde i framtiden. Med portabla sekvenseringsmaskiner kan epidemiologer analysera luft och vatten för att påvisa smittämnen såsom bakterier och virus. Och polisen kan ha med sig dem ut på gatan.
Likt termometrar och brandvarnare i hemmet kan en DNA-sekvenseringsmaskin i badrummet bli en naturlig del av hemmet för att övervaka hälsan i realtid.
