Zeitschrift für mikrobielle und biochemische Technologie

Abstrakt

Eine Rückkehr zu mikrobiellen Genomen im Metagenom-Zeitalter

Eric Altermann

Die Metagenomik hat sich in mikrobiellen Ökosystemen, der phylogenetischen Vielfalt und der genetischen Komplexität deutlich erweitert. Im Laufe nur weniger Jahre hat die mikrobielle Genomik einen dramatischen Anstieg erlebt, vom 1,8 Megabasenpaaren (Mbp) großen Genom des ersten frei lebenden Organismus, der sequenziert wurde (Haemophilus influenzae Rd im Jahr 1995 [1]), bis hin zu (Meta-)Genomprogrammen, die heute jeweils mehr als ein Terabasenpaar an Sequenzdaten erzeugen. Diese Fortschritte wurden durch immer leistungsfähigere Sequenzierungstechnologien ermöglicht. Fluoreszenz-Slab-Gelelektrophorese-Methoden wurden durch kapillarbasierte Systeme ersetzt, was zu einer deutlichen Steigerung des Durchsatzes und der Automatisierung führte. Ein entscheidender Wandel kam mit der Einführung der „Sequenzierung durch Synthese“. Diese Technologie wurde unter dem Namen „Pyrosequenzierung“ kommerzialisiert, insbesondere von 454 Life Sciences. Während es anfänglich nur kürzere Leselängen von 100-200 Nukleotiden (nt) ermöglichte und eine geringere Basecall-Qualität und Probleme mit homopolymeren Nukleotidabschnitten aufwies, ermöglichte es auch einen Sprung in der Sequenzierungskapazität (bis zu 400 Mbp pro Lauf) gegenüber kapillaren, auf Sanger basierenden Sequenzierungstechnologien. Seitdem wurden eine Reihe anderer Sequenzierungsplattformen der nächsten Generation kommerzialisiert (wie Illumina, SOLID, Ion Torrent), die jeweils die Menge der pro Lauf gewonnenen Sequenzinformationen erhöhten (Illumina HiSeq2500 bietet derzeit bis zu 600 Gbp pro Lauf). Während die Echtzeitsequenzierung einzelner Moleküle (SMRT) noch in den Kinderschuhen steckt, ist sie wahrscheinlich der „nächste große Trend“ und Prototypen (hauptsächlich von Pacific Biosciences) werden derzeit getestet.