From Nucleic Acids to Genomic Precision Medicine

The process from nucleic acids to genomic precision medicine requires

(i) sufficiently accurate technologies and methods for data generation,

(ii) comprehensive and reliable reference data for interpretation,

(iii) and strategies adapted to the respective area of practical application.

This thesis outlines the process and historic path towards genomic precision medicine, introducing three essential technologies, microarray genotyping, next-generation (NGS) and third-generation sequencing (TGS). In addition, it elucidates the fundamentals of related areas. The presented information links the cumulative manuscripts A-C each contributing to the three aforementioned process steps required for the implementation of precision medicine.

Manuscript A improves the methods for high-throughput hybridization capture target enrichment in context of TGS.

Manuscript B provides a critical review on the NGS of DNA extracted from formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) specimen.

Manuscript C applies microarray technology to genotype clinically significant blood group antigens in context of a relevant scenario involving an ethnically diverse cohort.

The advantages and disadvantages of microarray genotyping, NGS, and TGS are discussed and the areas best suiting their application are concluded. In the following, the results of the work are contextualized and discussed in relation to the three mentioned process steps.

Starting from the previously elaborated, an outlook on the next logical steps is given. Finally, a perspective on emerging trends and potential developments in the fields of genomics and precision medicine is provided.

Der Prozess von Nukleinsäuren zur genomischen Präzisionsmedizin setzt das Folgende voraus:

(i) Ausreichend genaue Technologien und Methoden zur Datengenerierung

(ii) Umfangreiche und zuverlässige Referenzdaten für die Interpretation

(iii) Auf die jeweiligen Anwendungsgebiete zugeschnittene Strategien

Diese Arbeit skizziert den Prozess und historischen Weg zur genomischen Präzisionsmedizin durch die Einführung verschiedener Technologien, der Microarray-Genotypisierung, Next-Generation (NGS) und Third-Generation Sequenzierung (TGS) sowie die Grundlagen zu verwandten Bereichen. Die vermittelte Information verbindet die kumulativen Manuskripte A-C. Diese tragen zu den zuvor genannten Prozessschritten, die für die Umsetzung von Präzisionsmedizin benötigt werden, bei.

Manuskript A verbessert die Methoden für die Hochdurchsatzhybridisierungsanreicherung im Rahmen von TGS.

Manuskript B bietet einen kritischen Überblick über NGS von DNA, welche aus formalin-fixierten, in Paraffin eingebetteten (FFPE) Präparaten gewonnen wurde.

In Manuskript C wird die Microarray-Technologie bei der Genotypisierung klinisch relevanter Blutgruppenantigene und im Zusammenhang eines relevanten Szenarios in einer ethnisch vielfältigen Kohorte angewandt.

Die Vor- und Nachteile von Microarray-Genotypisierung, NGS und TGS werden erörtert, und es wird festgestellt, welche Bereiche sich am besten für ihre jeweilige Anwendung eignen. Im Folgenden werden die Ergebnisse der Arbeit in Bezug zu den drei Prozessschritten kontextualisiert und diskutiert.

Ausgehend vom zuvor Erarbeiteten, wird abschließend ein Ausblick auf die nächsten, naheliegenden Schritte gegeben und eine Perspektive auf neue Trends und mögliche Entwicklungen in den Bereichen Genomik und Präzisionsmedizin aufgezeigt.

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