Funktionelle Genomforschung an der Universität Greifswald

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Warum können Genome mit NGS Ansätzen wesentlich schneller und kostengünstiger sequenziert werden? Nennen sie zwei Vorteile 

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Warum werden bei GWA große Zahlen von Probanden/Patienten benötigt, um die Effekte einzelner Loci auf Erkrankungen oder Phänotypen zu bestimmen?

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Warum werden bei GWAs die Assoziationen zwischen SNP und Phänotypen nur als signifikant betrachtet wenn ein p-Wert kleiner 5*10-8 erreicht wird?

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Was versteht man unter orthologen Genen?

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Was versteht man unter paralogen Genen?

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Nennen sie 2 Beispiele für epigenetische Veränderungen

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Was versteht man unter Synthenie?
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Warum sind EWAs wesentlich komplizierter in der Durchführung und Auswertung als traditionelle GWAs?

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Welche Vorteil bietet beim next-Generation Sequencing die Verwendung der ''paired end''-Methode gegenüber dem normalen Ansatz?

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Skizzieren sie eine Methode zur globalen Analyse von Protein-Protein-Interaktionen!

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Wie könnte man den Einfluss des Darmmikrobioms auf den Phänotyp des Wirts untersuchen? Entwerfe einen experimentellen Ansatz!
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Funktionelle Genomforschung

Warum können Genome mit NGS Ansätzen wesentlich schneller und kostengünstiger sequenziert werden? Nennen sie zwei Vorteile 

-höherere Durchsatz

-parallelisiert (außerdem nicht Einzelstrang)

Funktionelle Genomforschung

Warum werden bei GWA große Zahlen von Probanden/Patienten benötigt, um die Effekte einzelner Loci auf Erkrankungen oder Phänotypen zu bestimmen?

Bei komplexen Merkmalen sind die Effektgrößen einzelner assoziierter genetischer Varianten in der Regen eher gering. Um diese kleinen Effekte zu detektieren sind große Populationen essentiell. Dieses wird vor allem durch Metaanalysen erreicht.

Funktionelle Genomforschung

Warum werden bei GWAs die Assoziationen zwischen SNP und Phänotypen nur als signifikant betrachtet wenn ein p-Wert kleiner 5*10-8 erreicht wird?

- kleiner p-Wert entspricht statistischer Signifikanz

- Effektstärke bei häufig vorkommenden Allelfrequenzen kann zu hoch sein

- Effektstärke bei selten vorkommenden Allelfrequenzen kann zu klein sein

- zu geringer Stichprobenumfang für Signifikanz

Funktionelle Genomforschung

Was versteht man unter orthologen Genen?
- kommen im Genom unterschiedlicher Arten vor, codieren aber Proteine mit ähnlichen Funktionen

-Gene, deren Divergenz auf Artbildungsereignisse zurückzuführen ist

Funktionelle Genomforschung

Was versteht man unter paralogen Genen?
-existieren auf demselben Genom, codieren aber Produkte mit unterschiedlichen Funktionen

-Entstehung durch Genduplikation

Funktionelle Genomforschung

Nennen sie 2 Beispiele für epigenetische Veränderungen

- Methylierungen von Cytosinen

- Citrullierung von Histonen

- nicht codierte RNAs

Funktionelle Genomforschung

Was versteht man unter Synthenie?
Gemeinsamkeiten in der Reihenfolge von Genen oder Gensegmenten auf verschiedenen chromosomalen Abschnitten beim Vergleich zwischen den Genomen von zwei verschiedenen biologischen Arten (Maß für die genetische Verwandtschaft zweier Arten)

Funktionelle Genomforschung

Warum sind EWAs wesentlich komplizierter in der Durchführung und Auswertung als traditionelle GWAs?

- Große Variationen im Epigenom

- sehr viele Proben benötigt

- enorme Komplexizität

- Ausmaße der phänotypischen Variationen, welche einer individuellen epigenomischen Variation zuzuschreiben ist, ist nicht für jede komplexe Krankheit bekannt

- Epigenom von Zellen ist hoch dynamisch, kontrolliert durch ein komplexes Zusammenspiel von genetischen Faktoren und Umweltfaktoren

- Beziehungen schwer zu erkennen, da nicht klar, was Ursache oder Konsequenz ist

Funktionelle Genomforschung

Welche Vorteil bietet beim next-Generation Sequencing die Verwendung der ''paired end''-Methode gegenüber dem normalen Ansatz?

- trotz kurzer DNA-Fragmente sind DNA-repeats lesbar

- Homopolymere stellen bei Sequenzierungen kein Problem dar, weil Einzelstränge synthetisiert wurden

- beide Enden können sequenziert werden

- effiziente DNA-Nutzung

- keine Methylierung oder Restriktionsverdau der DNA erforderlich

- erkennt Insertion, Inversion und Deletion

- Länge von repetetiven Sequenzen abschätzbar

Funktionelle Genomforschung

Skizzieren sie eine Methode zur globalen Analyse von Protein-Protein-Interaktionen!

- FRET (Förster Resonanz Energie Transfer)

Im Rahmen des FRET wird die Energie eins angeregten Donor-Farbstoffes, welcher an einem Protein lokalisiert ist, auf einen zweiten Akzeptor-Farbstoff auf einem anderen Protein übertragen. Dabei wird die Energie Strahlungsfrei ausgetauscht (man sieht nur einen Farbstoff leuchten, nicht beide bei Energieübertragung), wenn die beiden Proteine miteinander Interagieren, da nur so der Abstand gering genug ist, dass die Energie übertragen werden kann. (weniger Nanometer)

Funktionelle Genomforschung

Wie könnte man den Einfluss des Darmmikrobioms auf den Phänotyp des Wirts untersuchen? Entwerfe einen experimentellen Ansatz!
-Untersuchung Assoziation des Darmmikrobioms mit Übergewicht

-Studie: 12 übergewichtige Probanden erhalten entweder Fett- oder Kohlenhydratdiät; dabei Bestimmung der Zusammensetzung des Darmmikrobioms

-Zusammensetzung ändert sich: bei Übergewichtigen vor allem Firmicutis Arten
-> nach einem Jahr Diät entspricht das Mikrobiom fast dem eines Normalgewichtigen => Änderung korelliert mit Gewichtsreduktion

Funktionelle Genomforschung

Nennen sie jeweils einen Vor- und Nachteil der Roche 454 und Illumina (Solexa) Next-Generation Sequencing Technologien.

Roche 454:
+Identifizierung bisher unbekannter Sequenzen

+Sequenzierung ganzer Transkriptome

+Resequenzierung bekannter Genome

+leichte, schnelle Sequenzierung

-teuer

-homopolymere sind nur bis zu einer Länge von 4-5 Nukleotiden messbar sind, danach kein Unterschied mehr erkennbar anhand der Lichtstärke

Ilumina:

+Homopolymere stellen bei Sequenzierungen kein Problem dar, weil Einzelstränge synthetisiert wurden

+alle 4 Nukleotide werden drauf gegeben → alle Basen werden parallel abgelesen

-wiederholbare Sequenzen können schlecht gelesen werden

-nur kurze Stücke können synthetisiert werden

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