Übung 1
Übung 2

Grundlagen
Betrachtet man DNA im Elektronenmikroskop, sieht sie am ehesten wie molekulare Spaghetti aus. Interessant ist sie wegen der Information, die in ihren Basen codiert ist. Eine typische Basensequenz in einem Strang der DNA sieht ungefähr so aus:

...aatgccaatggttctgatgatga...

und nicht so:

...aaaaaaaccccccccggggggggttttttttt...

Das Ganze kann man mit der Anordnung der Buchstaben im Alphabet vergleichen. Der Satz

...Gene speichern Information zur Herstellung von Proteinen...

hat einen Sinn; die symmetrische Sequenz

... eeeeeeeeeppppppppppnnnnnnnnn ...

dagegen ist sinnlos. Nicht Wiederholung, sondern Vielfalt enthält eine Bedeutung; das gilt für die DNA ebenso wie für die Sprachen der Menschen.

Die DNA-Sequenz des ganzen Genoms zu ermitteln, ist eine gewaltige Aufgabe. Mit den vorhandenen Methoden kann man die Sequenzen kleiner DNA-Abschnitte (bis zu ein paar hundert Basenpaaren) analysieren. (Das US-Energieministerium hat eine Internetseite, auf der Methoden zur Sequenzierung von Genen im Rahmen des Projekts des menschlichen Genoms erörtert werden.) Aber selbst das kleinste Chromosom besteht aus mehr als einer halben Million Basenpaaren - viel zu viele, als dass man sie auf einmal sequenzieren könnte.

Theoretisch könnte man das Problem lösen, indem man die DNA rein zufällig in viele kleine Fragmente spaltet,

Das klingt unglaublich kompliziert, denn die DNA kann ja in sehr viele unterschiedlich große Stücke zerfallen. In der Abbildung oben wäre es tatsächlich nicht möglich, das ursprüngliche Genom zu rekonstruieren, weil man nicht herausfinden kann, wie die Teile zusammen gehören. Stammen die DNA-Fragmente jedoch aus mehreren gleichartigen Zellen, überlappen sich einige Abschnitte, und das schafft die Möglichkeit, das Genom wieder zusammenzusetzen.

Aber wer würde sich die Mühe machen, alle diese Fragmente zu sequenzieren, und wie kann man die Stücke hinterher zusammenfügen? Es ist, als wollte man ein Buch aus den Fetzen seiner Seiten wieder zusammensetzen.

Dennoch hat man im Wesentlichen genau auf diese Weise das Genom der beiden Bakterien analysiert. Das Vorhaben wurde durch mehrere Faktoren vereinfacht: Erstens arbeiteten dabei viele Wissenschaftler zusammen (die beiden Veröffentlichungen über die Sequenzierung der Genome haben 40 und 29 Autoren!), zweitens bedienten sie sich zahlreicher automatischer Sequenzierapparate, drittens entwickelten sie neue Computerverfahren zur Auswertung der Daten, und viertens setzten sie kleine Sequenzen nach dem Prinzip der überlappenden Fragmente zur vollständigen Sequenz des Genoms zusammen.

In den folgenden beiden Übungen können sie ein wenig Erfahrung in der Arbeit mit überlappenden Fragmenten sammeln. Versuchen Sie, beide Aufgaben zu lösen; sie sehen ähnlich aus, es gibt aber einige aufschlussreiche Unterschiede.