Was ist ein Genom? (Slide 2)
- Chemisch in der DNA kodiert / - Enthält kodierende (Gene) und nicht-kodierende („junk“) Bereiche / - Vererbbar und enthält alle Gene eines Organismus
Welche Bestandteile hat ein Genom? (Slide 2)
- DNA / - Gene / - Intergenetische Regionen (nicht-kodierende Bereiche)
Wie hängen Genom, Chromosom und Gen zusammen? (Slide 2)
- Genom besteht aus allen Chromosomen eines Organismus / - Chromosomen enthalten Gene / - Gene liegen als DNA-Abschnitte auf Chromosomen
Was ist ein Gen? (Slide 3)
- DNA-Abschnitt, der Baupläne für Proteine oder Enzyme enthält / - Bestimmt Funktionen und Eigenschaften eines Organismus / - Kann an- oder ausgeschaltet werden (Genexpression)
Was bedeutet Genexpression? (Slide 3)
- Aktivierung eines Gens / - Ein Gen wird transkribiert und in RNA bzw. Protein übersetzt / - Bestimmt, welche Eigenschaften im Organismus sichtbar sind
Welche Faktoren beeinflussen genetische Variation? (Slide 3)
- Physische Merkmale / - Charaktereigenschaften / - Anfälligkeit für Krankheiten
Was sind Pseudogene? (Slide 4)
- DNA-Sequenzen, die echten Genen ähneln, aber funktionslos sind / - Dienen nicht als Vorlage für Proteine
Was sind Transposons? (Slide 4)
- Bewegliche DNA-Abschnitte, die ihre Position im Genom ändern können / - Werden auch „springende Gene“ genannt
Welche Typen von Transposons gibt es? (Slide 4)
- Retroelemente (Klasse I): RNA-Zwischenstufe / - DNA-Transposons (Klasse II): Direkte DNA-Transposition ohne RNA-Zwischenstufe
Was unterscheidet Retroelemente von DNA-Transposons? (Slide 4)
- Retroelemente nutzen RNA-Zwischenphase / - DNA-Transposons transponieren direkt über DNA
Was ist DNA? (Slide 5)
- Desoxyribonukleinsäure / - Polymer aus zwei verdrillten Nukleinsäure-Ketten / - Träger der genetischen Information
Welche chemischen Bestandteile hat DNA? (Slide 5)
- Basen: Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin / - Zucker-Phosphat-Rückgrat / - Elemente: Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Phosphat
Wie ist die Struktur der DNA aufgebaut? (Slide 5)
- Doppelhelix aus zwei antiparallelen Strängen / - Basenpaarung: A–T und G–C / - Zucker-Phosphat-Rückgrat außen
Was bedeutet Sequenzierung? (Slide 6)
- Bestimmung der Reihenfolge der Basen in DNA / - Identifikation von Veränderungen in Genen und nicht-kodierender DNA / - Wichtig zur Krankheits- und Therapie-Forschung
Warum wird nur ein DNA-Strang sequenziert? (Slide 6)
- Der zweite ist komplementär / - Informationen des gesamten Moleküls können aus einem Strang rekonstruiert werden
Wie wird genetische Information dekodiert? (Slide 6)
- Basenreihenfolge wird ausgelesen / - Sequenzierung erfolgt durch chemische oder elektrische Verfahren / - Ergebnis sind DNA-Sequenzen in digitaler Form
Welche Hauptarten von Sequenzierungsmethoden gibt es? (Slide 7)
- Sanger-Sequencing (klassisch) / - Oxford-Nanopore-Sequencing / - Reverse Transkription zu cDNA für RNA-Analysen
Warum führt man Sequenzierungen durch? (Slide 7)
- Um Genaktivität quantitativ zu messen / - Um genetische Reaktionen auf Stimuli zu untersuchen / - Um Krankheitsgene zu identifizieren
Was bedeutet Reverse Transkription? (Slide 7)
- Umschreiben von RNA in cDNA (copy DNA) / - Ermöglicht Analyse der Genexpression
Was ist die First-Generation-Sequencing? (Slide 8)
- Erste Generation klassischer Verfahren: Maxam-Gilbert und Sanger / - Relativ kurze Reads / - Hohe Genauigkeit, aber aufwendig
Was ist die Second-Generation-Sequencing (Next Gen)? (Slide 8)
- Pyrosequencing / - Sequencing by Synthesis, Ligation, Hybridization / - Ion-Semiconductor-Sequencing
Was ist die Third-Generation-Sequencing? (Slide 8)
- Nanopore-Sequencing / - Single-Molecule Real Time (SMRT) Sequencing
Wodurch unterscheiden sich die Sequenzierungs-Generationen? (Slide 9)
- Read-Länge / - Error-Rate (Fehlerquote) / - Zeitaufwand / - Kosten
Wie funktioniert Sanger-Sequencing im Prinzip? (Slide 10)
- DNA wird vervielfältigt (PCR) / - Kettenabbruch durch ddNTPs / - Fluoreszenzmarkierung zur Erkennung der Basen / - Gel-Elektrophorese zur Längenbestimmung
Was sind dNTPs und ddNTPs im Sanger-Sequencing? (Slide 10)
- dNTPs = normale Bausteine (A,C,G,T) / - ddNTPs = terminierende Bausteine mit Fluoreszenz / - ddNTPs stoppen die Kettenverlängerung
Wie wird die Länge der DNA-Fragmente bestimmt? (Slide 11)
- Durch Gel-Elektrophorese / - Trennung nach Fragmentlänge / - Fluoreszierende Signale werden ausgelesen
Wie läuft der Sanger-Sequenzierungsprozess ab? (Slide 12)
- 1️⃣ PCR-Vervielfältigung des DNA-Strangs / - 2️⃣ Denaturierung und Primer-Anlagerung / - 3️⃣ Fragmentbildung mit ddNTPs / - 4️⃣ Auslesen per Elektrophorese
Welche Eigenschaften hat Sanger-Sequencing? (Slide 10)
- Mittlere Read-Länge (70 – 1000 bp) / - Niedrige Error-Rate (0.01 – 0.1 %) / - Aufwändiges Verfahren, teuer und langsam
Welche Vorteile und Nachteile hat Sanger-Sequencing? (Slide 10)
- Vorteil: Sehr genau / - Nachteil: Langsam und nur für kurze Reads geeignet
Wie werden im Sanger-Verfahren Basen erkannt? (Slide 13)
- Durch fluoreszierend markierte ddNTPs / - Jede Base hat eine eigene Farbe / - Photomultiplier registriert das Signal
Was zeigt ein Chromatogramm im Sanger-Sequencing? (Slide 13)
- Farbcodierte Signale der Basen A,C,G,T / - Peaks entsprechen Basenfolge / - Grundlage für den Base Call
Was passiert bei der PCR in Sanger-Sequencing? (Slide 12)
- Exponentielle Vervielfältigung der DNA / - Primer binden spezifisch / - dNTPs und ddNTPs bauen neue Stränge auf
Welche Fehlerquellen gibt es beim Sanger-Sequencing? (Slide 13)
- Ungleichmäßige ddNTP-Verteilung / - Falsche Primerbindung / - Fluoreszenzüberlagerung
Warum ist Sanger-Sequencing noch relevant? (Slide 13)
- Dient als Referenzverfahren für Genauigkeit / - Wird zur Validierung von NGS-Daten verwendet
Wie wird beim Sanger-Sequencing der DNA-Code sichtbar gemacht? (Slide 13)
- Durch fluoreszierende ddNTPs / - Nach Gelelektrophorese werden Signale detektiert / - Peaks ergeben das Basenmuster
Was zeigt das Ergebnis eines Sanger-Sequenzierungslaufs? (Slide 13)
- Ein Chromatogramm mit farbigen Peaks / - Jede Farbe steht für eine Base (A,C,G,T) / - Die Reihenfolge ergibt die DNA-Sequenz
Was ist Illumina-Sequencing? (Slide 14)
- Eine Methode der Next Generation Sequencing (NGS) / - Nutzt Sequencing by Synthesis / - Sehr hohe Genauigkeit bei kurzen Reads
Welche Eigenschaften hat Illumina-Sequencing? (Slide 14)
- Kurze Reads (150–250 bp) / - Sehr niedrige Error-Rate (0.1–0.5 %) / - Hoher Durchsatz, viele Proben gleichzeitig
Was bedeutet „Library Preparation“ bei Illumina? (Slide 14)
- Vorbereitung der DNA für die Sequenzierung / - Anhängen von 5’- und 3’-Adaptern / - Optional: Barcodes zur Unterscheidung mehrerer Genome
Warum nutzt man Barcodes in Illumina-Sequencing? (Slide 14)
- Zur parallelen Analyse vieler Genome / - Unterscheidet z. B. Genotypen oder Behandlungsgruppen / - Erlaubt Multiplexing in einem Lauf
Wie funktioniert die klonale Amplifikation bei Illumina? (Slide 15)
- DNA-Fragmente binden an Adapter auf einer Slide / - PCR-basierte Vervielfältigung (5–15 Zyklen) / - Bildung von Clustern identischer Kopien
Was passiert während der Indexing-PCR bei Illumina? (Slide 15)
- Hinzufügen von Indexsequenzen (Barcodes) / - Weitere Amplifikation (5–10 Zyklen) / - Vorbereitung der Cluster für das Sequencing
Wie läuft der Illumina-Sequenzierungsvorgang ab? (Slide 16)
- Fluoreszierend markierte Nukleotide werden nacheinander eingebaut / - Jeder Einbau erzeugt ein Foto / - Danach wird der Stopper entfernt und der Vorgang wiederholt
Warum ist Illumina-Sequencing so weit verbreitet? (Slide 16)
- Sehr hohe Genauigkeit / - Große Datenmengen in kurzer Zeit / - Geringe Kosten pro Base / - Viele bioinformatische Tools verfügbar
Welche Nachteile hat Illumina-Sequencing? (Slide 16)
- Kurze Reads / - Schwierigkeiten bei repetitiven Regionen / - Aufwendige Library-Vorbereitung
Was ist Oxford Nanopore Sequencing? (Slide 17)
- Dritte Generation der Sequenzierung / - DNA wird elektrisch durch Nanoporen gezogen / - Stromänderungen werden als Basensignale erkannt
Welche Read-Länge und Fehlerquote hat Nanopore-Sequencing? (Slide 17)
- Long Reads (10 kb – 1 Mb) / - Error-Rate 5–15 % / - Stark geräte- und probenabhängig
Wie funktioniert Oxford Nanopore Sequencing technisch? (Slide 18)
- DNA wird fragmentiert / - Einzelstränge passieren eine Nanopore unter Spannung / - Jedes Nukleotid erzeugt einen charakteristischen Stromabfall
Welche Schritte umfasst Nanopore-Sequencing? (Slide 18)
- A: Fragmentation der DNA / - B: Schleusung durch Nanopore / - C: Elektrische Signale werden in Basen übersetzt
Wie erkennt das Nanopore-System einzelne Basen? (Slide 18)
- Jedes Nukleotid verändert den Ionenstrom unterschiedlich / - Software wandelt Spannungssignale in Basenabfolge um
Welche Komponenten sind bei Nanopore-Sequencing beteiligt? (Slide 18)
- Adapter an den DNA-Enden / - Motorprotein zum Entwinden der dsDNA / - Spannungsresistente Membran mit Nanopore
Wie wird bei Nanopore-Sequencing Echtzeit-Detektion erreicht? (Slide 18)
- Ionenstrom wird kontinuierlich gemessen / - Stromänderungen sofort in Basen übersetzt / - Datenanalyse in Echtzeit möglich
Was sind Vorteile von Nanopore-Sequencing? (Slide 17)
- Sehr lange Reads / - Echtzeit-Sequenzierung / - Portable Geräte (z. B. MinION) / - Geringer Anschaffungspreis
Welche Nachteile hat Nanopore-Sequencing? (Slide 17)
- Höhere Fehlerquote / - Empfindlich gegen Rauschen und Probenqualität / - Komplexe Nachkorrektur erforderlich
Wie unterscheiden sich Illumina- und Nanopore-Sequencing? (Slide 17)
- Illumina: kurze, präzise Reads / - Nanopore: lange, aber fehleranfällige Reads / - Beide ergänzen sich in Hybrid-Assemblierungen
Was ist PacBio Sequencing? (Slide 19)
- Eine Third-Generation-Sequencing-Technologie / - Arbeitet mit Single Molecule Real Time (SMRT) Prinzip / - Liest DNA in Echtzeit durch Fluoreszenzsignale
Welche Read-Länge und Fehlerquote hat PacBio Sequencing? (Slide 19)
- Lange Reads (10 kbp bis > 100 kbp) / - Error-Rate etwa 10–15 % / - Abhängig von Polymerase und Template-Qualität
Wie funktioniert PacBio SMRT Sequencing? (Slide 19)
- DNA-Polymerase wird am Boden kleiner Mulden (Zero Mode Waveguides) fixiert / - Fluoreszierende Nukleotide werden eingebaut / - Laser detektiert die Signale / - Basenreihenfolge wird bestimmt
Was bedeutet „Zero Mode Waveguide“ (ZMW)? (Slide 21)
- Eine winzige optische Kammer (< 100 nm Durchmesser) / - Leitet Lichtenergie in ein extrem kleines Volumen / - Erlaubt Beobachtung einzelner DNA-Moleküle in Echtzeit
Wie arbeitet die DNA-Polymerase bei SMRT Sequencing? (Slide 20)
- Baut komplementäre Basen mit fluoreszierenden Markern ein / - Jeder Einbau löst einen kurzen Lichtimpuls aus / - Laser detektiert diese Signale
Welche Vorteile hat PacBio SMRT Sequencing? (Slide 19)
- Sehr lange Reads / - Direkte Echtzeit-Sequenzierung / - Gute Auflösung repetitiver Regionen / - Keine Amplifikation nötig
Welche Nachteile hat PacBio SMRT Sequencing? (Slide 19)
- Höhere Kosten / - Geringere Genauigkeit als Illumina / - Aufwändige Library-Vorbereitung
Wie hilft ZMW-Technologie bei der Sequenzierung? (Slide 21)
- Isoliert einzelne Polymerasen in winzigen Kammern / - Reduziert Hintergrundrauschen / - Erlaubt simultanes Auslesen vieler Moleküle
Was ist der Unterschied zwischen CLR und CCS bei PacBio? (Slide 22)
- CLR: Ein Molekül, ein Lesevorgang → lange Reads, niedrige Genauigkeit / - CCS: Kreisförmige DNA mehrfach gelesen → hohe Genauigkeit, kürzere Reads
Welche Vorteile bietet CCS gegenüber CLR? (Slide 22)
- Hohe Genauigkeit (≈ 99 %) / - Fehlerkorrektur durch mehrfaches Lesen / - Ideal für Assemblierung
Welche Vorteile bietet CLR gegenüber CCS? (Slide 22)
- Sehr lange Reads / - Bessere Abdeckung großer Strukturen / - Nützlich für de novo Assemblierung
Was ist „Circular Consensus Sequencing“? (Slide 22)
- DNA wird in ein Kreis-Template gebracht / - Polymerase liest denselben Abschnitt mehrfach / - Konsensusbildung erhöht Genauigkeit
Was bedeutet „Continuous Long Read“ bei PacBio? (Slide 22)
- Ein DNA-Molekül wird einmalig, aber lang gelesen / - Liefert lange Sequenzen / - Hat höhere Fehlerquote
Wie funktioniert die optische Detektion bei SMRT? (Slide 20)
- Laser bestrahlt die ZMW / - Fluoreszierende Nukleotide senden Signale / - Kamera registriert die Emission in Echtzeit
Was ist der Hauptunterschied zwischen SMRT und Nanopore? (Slide 19)
- SMRT: Fluoreszenz-basiert / - Nanopore: elektrische Signale / - Beide lesen einzelne Moleküle mit unterschiedlicher Physik
Was ist ein Phred-Score? (Slide 24)
- Maß für die Wahrscheinlichkeit eines Base-Fehlers / - Je höher der Wert, desto wahrscheinlicher ist die Base korrekt / - Wird zur Qualitätsbewertung von Sequenzdaten genutzt
Wie beeinflusst der Phred-Score die Assemblierung? (Slide 24)
- Hohe Phred-Werte erhöhen Genauigkeit / - Geringere Wahrscheinlichkeit für falsche Basen / - Verbesserte Assemblierungsqualität
Was ist eine FastQ-Datei? (Slide 25)
- Standardformat für Sequenzdaten / - Enthält DNA-Sequenz und zugehörige Qualitätswerte / - Besteht aus vier Zeilen pro Read
Wie ist eine FastQ-Datei aufgebaut? (Slide 25)
- 1️⃣ Zeile beginnt mit @ = Bezeichnung / - 2️⃣ Zeile enthält DNA-Sequenz / - 3️⃣ Zeile beginnt mit + (optional Infos) / - 4️⃣ Zeile enthält Phred-Qualitätswerte (ASCII-Zeichen)
Warum werden FastQ-Dateien gefiltert? (Slide 25)
- Um nur Reads mit hoher Qualität zu behalten / - Reduziert Fehler in der Assemblierung / - Verbessert Endsequenz
Was ist eine FastA-Datei? (Slide 28)
- Enthält nur Sequenzen ohne Qualitätsangaben / - Jede Sequenz beginnt mit > Identifier / - Wird nach der Qualitätsfilterung genutzt
Was ist der Unterschied zwischen FastA und FastQ? (Slide 28)
- FastQ = Sequenz + Qualität / - FastA = nur Sequenz / - FastQ wird für Rohdaten, FastA für Assemblierung verwendet
Was versteht man unter Genomsequenzierung? (Slide 26)
- Zerlegung der DNA in viele kurze Reads / - Sequenzierung jedes Fragments / - Zusammensetzen („Puzzle“) zur vollständigen Genomsequenz
Was ist das Ziel der Genom-Assemblierung? (Slide 27)
- Rekonstruktion der ursprünglichen DNA-Sequenz / - Zusammenfügen kurzer Reads zu längeren Sequenzen / - Bildung vollständiger Chromosomenabschnitte
Wie funktioniert die Genom-Assemblierung? (Slide 28)
- Reads werden nach Überlappungen sortiert / - Überlappende Abschnitte (Suffix – Präfix) verbinden sich / - Es entstehen Contigs, die zu Scaffolds zusammengefügt werden
Was sind Contigs? (Slide 28)
- Kontinuierliche Sequenzabschnitte / - Entstehen durch Überlappung vieler Reads / - Repräsentieren Teilstücke des Genoms
Was sind Scaffolds? (Slide 28)
- Zusammengefügte Contigs / - Verbunden durch schwächere Overlaps oder Gaps / - Nähern sich der kompletten Genomsequenz an
Was versteht man unter Scaffolding? (Slide 28)
- Prozess, Contigs mithilfe zusätzlicher Reads oder Paired-End-Informationen zu verbinden / - Ziel: längere, nahezu vollständige Sequenzen
Was bedeutet „Overlap“ bei der Assemblierung? (Slide 28)
- Gemeinsamer Bereich zweier Reads (Suffix – Präfix) / - Grundlage zum Zusammenfügen der Sequenzen / - Entscheidend für korrekte Rekonstruktion
Warum wird nicht jedes Read mit jedem verglichen? (Slide 29)
- Würde extrem viele Vergleiche erfordern (z. B. 1,6 Billiarden bei Virus-Genom) / - Stattdessen werden Teilsequenzen (k-Mers) genutzt
Was sind k-Mers? (Slide 29)
- Teilsequenzen fester Länge k aus DNA-Buchstaben {A,C,G,T} / - Dienen zur schnellen Vergleichsbasis in der Assemblierung / - Beispiel: k = 3 → 64 mögliche Wörter
Wie läuft ein vereinfachter Assemblierungsprozess ab? (Slide 28)
- DNA → Reads / - Reads → Overlap-Erkennung / - Contig-Bildung / - Scaffolding → Genome-Rekonstruktion
Welche Dateiformate spielen in der Assemblierung eine Rolle? (Slide 28)
- FastQ (für Rohdaten) / FastA (für Contigs) / FastA Scaffold (für Scaffold-Ebene)
Warum erreichen viele Assemblierungen nicht Chromosomenlänge? (Slide 28)
- Fehlende Overlaps oder niedrige Coverage / - Komplexe, repetitive Regionen / - Grenzen der Read-Länge
Was bedeutet „Coverage“ in der Assemblierung? (Slide 28)
- Wie oft jede Base im Genom gelesen wurde / - Hohe Coverage → höhere Zuverlässigkeit / - Niedrige Coverage → Lücken oder Fehler
Wie kann man die Qualität einer Assemblierung prüfen? (Slide 24 & 28)
- Über Phred-Score, Read-Coverage und Contig-Länge / - Vergleich mit Referenzgenomen / - Statistische Metriken (z. B. N50)
Was ist das Ziel einer De Novo Genome Assembly? (Slide 32)
- Zusammensetzen eines bisher unbekannten Genoms ohne Referenz / - Ermöglicht neue Entdeckungen in nicht-sequenzierten Organismen
Welche Themen wurden bisher besprochen? (Slide 31)
- Genome / Gene / DNA / Sequenzierungsmethoden und Qualitätskontrolle / Grundlagen der Assemblierung
Last changed2 months ago