Was ist eine Genomanalyse?
What is genome analysis?
The genome sequence of an organism includes the collective DNA sequences of each chromosome in the organism. For a bacterium containing a single chromosome, a genome project will aim to map the sequence of that chromosome. For the human species, whose genome includes 22 pairs of autosomes and 2 sex chromosomes, a complete genome sequence will involve 46 separate chromosome sequences.

The Human Genome Project is a well known example of a genome project.

Genome assembly refers to the process of taking a large number of short DNA sequences and reassembling them to create a representation of the original chromosomes from which the DNA originated. In a shotgun sequencing project, all the DNA from a source (usually a single organism, anything from a bacterium to a mammal) is first fractured into millions of small pieces. These pieces are then "read" by automated sequencing machines. A genome assembly algorithm works by taking all the pieces and aligning them to one another, and detecting all places where two of the short sequences, or reads, overlap. These overlapping reads can be merged, and the process continues.

Genome assembly is a very difficult computational problem, made more difficult because many genomes contain large numbers of identical sequences, known as repeats. These repeats can be thousands of nucleotides long, and occur different locations, especially in the large genomes of plants and animals.

The resulting (draft) genome sequence is produced by combining the information sequenced contigs and then employing linking information to create scaffolds. Scaffolds are positioned along the physical map of the chromosomes creating a "golden path".

Originally, most large-scale DNA sequencing centers developed their own software for assembling the sequences that they produced. However, this has changed as the software has grown more complex and as the number of sequencing centers has increased. An example of such assembler Short Oligonucleotide Analysis Package developed by BGI for de novo assembly of human-sized genomes, alignment, SNP detection, resequencing, indel finding, and structural variation analysis.

Since the 1980s, molecular biology and bioinformatics have created the need for DNA annotation. DNA annotation or genome annotation is the process of identifying attaching biological information to sequences , and particularly in identifying the locations of genes and determining what those genes do.

When sequencing a genome, there are usually regions that are difficult to sequence (often regions with highly repetitive DNA). Thus, 'completed' genome sequences are rarely ever complete, and terms such as 'working draft' or 'essentially complete' have been used to more accurately describe the status of such genome projects. Even when every base pair of a genome sequence has been determined, there are still likely to be errors present because DNA sequencing is not a completely accurate process. It could also be argued that a complete genome project should include the sequences of mitochondria and (for plants) chloroplasts as these organelles have their own genomes.

It is often reported that the goal of sequencing a genome is to obtain information about the complete set of genes in that particular genome sequence. The proportion of a genome that encodes for genes may be very small (particularly in eukaryotes such as humans, where coding DNA may only account for a few percent of the entire sequence). However, it is not always possible (or desirable) to only sequence the coding regions separately. Also, as scientists understand more about the role of this noncoding DNA (often referred to as junk DNA), it will become more important to have a complete genome sequence as a background to understanding the genetics and biology of any given organism.

In many ways genome projects do not confine themselves to only determining a DNA sequence of an organism. Such projects may also include gene prediction to find out where the genes are in a genome, and what those genes do. There may also be related projects to sequence ESTs or mRNAs to help find out where the genes actually are.
Die Genomsequenz eines Organismus umfasst die kollektiven DNA-Sequenzen der einzelnen Chromosomen des Organismus. Bei einem Bakterium mit einem einzigen Chromosom zielt ein Genomprojekt darauf ab, die Sequenz dieses Chromosoms zu kartieren. Beim Menschen, dessen Genom 22 Autosomenpaare und 2 Geschlechtschromosomen umfasst, besteht eine vollständige Genomsequenz aus 46 einzelnen Chromosomsequenzen.

Das Humangenomprojekt ist ein bekanntes Beispiel für ein Genomprojekt.

Unter Genomassemblierung versteht man den Prozess, bei dem eine große Anzahl kurzer DNA-Sequenzen entnommen und neu zusammengesetzt wird, um ein Abbild der ursprünglichen Chromosomen zu erstellen, von denen die DNA stammt. Bei einem Shotgun-Sequenzierungsprojekt wird die gesamte DNA einer Quelle (in der Regel ein einziger Organismus, von einer Bakterie bis zu einem Säugetier) zunächst in Millionen kleiner Stücke zerlegt. Diese Stücke werden dann von automatischen Sequenziermaschinen "gelesen". Ein Algorithmus für den Zusammenbau des Genoms gleicht alle Teile miteinander ab und erkennt alle Stellen, an denen sich zwei der kurzen Sequenzen, die sogenannten Reads, überschneiden. Diese überlappenden Reads können zusammengeführt werden, und der Prozess geht weiter.

Die Genomassemblierung ist ein sehr schwieriges Rechenproblem, das noch dadurch erschwert wird, dass viele Genome eine große Anzahl identischer Sequenzen, so genannter Repeats, enthalten. Diese Wiederholungen können Tausende von Nukleotiden lang sein und an verschiedenen Stellen auftreten, vor allem in den großen Genomen von Pflanzen und Tieren.

Die resultierende (vorläufige) Genomsequenz wird durch die Kombination der sequenzierten Contigs und die Verknüpfung von Informationen zur Erstellung von Gerüsten erstellt. Die Gerüste werden entlang der physischen Karte der Chromosomen positioniert und bilden einen "goldenen Pfad".

Ursprünglich entwickelten die meisten großen DNA-Sequenzierungszentren ihre eigene Software, um die von ihnen produzierten Sequenzen zusammenzusetzen. Das hat sich jedoch geändert, als die Software immer komplexer wurde und die Zahl der Sequenzierzentren zunahm. Ein Beispiel für einen solchen Assembler ist das Short Oligonucleotide Analysis Package, das vom BGI für die De-novo-Assemblierung von Genomen menschlicher Größe, das Alignment, die SNP-Erkennung, die Resequenzierung, die Indel-Findung und die Analyse struktureller Variationen entwickelt wurde.

Seit den 1980er Jahren haben die Molekularbiologie und die Bioinformatik den Bedarf an DNA-Annotation geschaffen. Bei der DNA-Annotation oder Genom-Annotation geht es darum, Sequenzen mit biologischen Informationen zu versehen und vor allem die Position von Genen zu identifizieren und zu bestimmen, was diese Gene tun.

Bei der Sequenzierung eines Genoms gibt es in der Regel Regionen, die schwer zu sequenzieren sind (oft Regionen mit sich stark wiederholender DNA). Daher sind "abgeschlossene" Genomsequenzen selten vollständig, und Begriffe wie "Arbeitsentwurf" oder "im Wesentlichen vollständig" werden verwendet, um den Status solcher Genomprojekte genauer zu beschreiben. Selbst wenn jedes Basenpaar einer Genomsequenz bestimmt wurde, können immer noch Fehler enthalten sein, da die DNA-Sequenzierung kein absolut genaues Verfahren ist. Man könnte auch argumentieren, dass ein vollständiges Genomprojekt auch die Sequenzen der Mitochondrien und (bei Pflanzen) der Chloroplasten enthalten sollte, da diese Organellen ihre eigenen Genome haben.

Es wird oft gesagt, dass das Ziel der Sequenzierung eines Genoms darin besteht, Informationen über den kompletten Satz von Genen in dieser bestimmten Genomsequenz zu erhalten. Der Anteil eines Genoms, der für Gene kodiert, kann sehr gering sein (vor allem bei Eukaryoten wie dem Menschen, wo die kodierende DNA nur wenige Prozent der gesamten Sequenz ausmacht). Es ist jedoch nicht immer möglich (oder wünschenswert), nur die kodierenden Regionen separat zu sequenzieren. Je mehr die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler über die Rolle der nichtcodierenden DNA (oft auch als Junk-DNA bezeichnet) wissen, desto wichtiger wird eine vollständige Genomsequenz, um die Genetik und Biologie eines Organismus zu verstehen.

In vielerlei Hinsicht beschränken sich Genomprojekte nicht nur auf die Bestimmung der DNA-Sequenz eines Organismus. Solche Projekte können auch die Vorhersage von Genen beinhalten, um herauszufinden, wo sich die Gene in einem Genom befinden und was diese Gene tun. Es kann auch verwandte Projekte zur Sequenzierung von ESTs oder mRNAs geben, um herauszufinden, wo sich die Gene tatsächlich befinden.
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