Erforschung des Erbguts: Genau mein Typ

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Die Entzifferung des menschlichen Erbguts war ein wissenschaftliches Mammutprojekt, das wichtigste des ausgehenden Jahrzehnts. Schon bald wird jeder Mensch seinen eigenen Bauplan in Händen halten, glauben Forscher. Dann könnte eine neue Ära der Medizin beginnen.

Epigenetik: Gut organisiertes Erbgut Fotos
DPA/ Quiagen

Am Ende des Human Genome Projects stand der Bauplan des Menschen. 3,2 Milliarden Zeichen lang, geschrieben in den vier Buchstaben des genetischen Codes: A, C, T, G für die Nukleinbasen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Über tausend Wissenschaftler in 40 Labors auf der ganzen Welt hatten über zehn Jahre daran gearbeitet, das gesamte Erbgut des Menschen zu entziffern. Es war eine der größten konzertierten wissenschaftlichen Aktionen des vergangenen Jahrzehnts und des neuen Jahrtausends, es wurde von Aufwand und Bedeutung her mit der Mondlandung verglichen. Es war Symbol für eine Genforschung, die immer mehr an Tempo und Bedeutung gewinnt.

Das Human Genome Project (HGP) begann wohlkoordiniert, harmonisch und mit langem Planungsvorlauf: Erste Ideen dazu tauchten bereits Mitte der achtziger Jahre auf, 1990 begann es offiziell. Doch schließlich artete das Unterfangen doch noch zu einem hektischen Wettlauf aus: Der Genom-Pionier Craig Venter kündigte 1999 an, mit seiner privaten Firma Celera das menschliche Erbgut in nur drei Jahren und für nur 300 Millionen Dollar entziffern zu wollen. Die Ankündigung trieb den HGP-Forschern den Schweiß auf die Stirn: Bis 1998 hatten sie nur drei Prozent des gesamten Erbguts sequenziert.

Wie in den sechziger Jahren der Wettlauf zum Mond ein Wettlauf der Systeme war, ging es auch diesmal um mehr: Zwar stand nicht Kapitalismus gegen Kommunismus, wohl aber pekuniäre Interessen gegen die Freiheit der Wissenschaft. Venter wollte mit dem Erbgut des Menschen Geld machen, wollte Gene patentieren lassen. Der Bauplan des Menschen sollte jedoch jedem gehören und frei verfügbar sein.

"Venter wollte einen Medien-Hype - und den hat er bekommen"

Venter hielt, was er versprochen hatte: Im Jahr 2000 verkündete er, bereits 90 Prozent des menschlichen Erbguts sequenziert zu haben. Die HGP-Leute lagen bei 54 Prozent. Ganz nebenbei veröffentlichte er im gleichen Jahr auch noch das Erbgut der Fruchtfliege und das der Maus. Schließlich einigten sich beide Parteien auf eine Zusammenarbeit, man wollte die Entzifferung des menschlichen Genoms gemeinsam veröffentlichen.

Marie-Laure Yaspo vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin arbeitete damals mit an der Sequenzierung von Chromosom 21. Sie erinnert sich an den Wettlauf mit Venter eher unaufgeregt: "Ja, manche Forscher hatten Angst davor, dass Venter sie überholen könnte und ihre Arbeit damit wertlos wäre. Unsere Daten von Chromosom 21 aber hatten eine sehr gute Qualität, ich war zuversichtlich, dass wir sie auch veröffentlichen würden." Das Ganze sei mehr ein Egoproblem gewesen. "Venter wollte einen Medien-Hype - und den hat er bekommen", so Yaspo.

Im Juni 2000 präsentierten Celera und das Human Genome Project zusammen eine Rohversion des Erbguts. Im darauffolgenden Jahr wollte man die Ergebnisse gemeinsam veröffentlichen, aber dazu kam es nicht mehr. Die Allianz zerbrach, weil Venter die Daten nicht vollständig offenlegen wollte, was Grundvoraussetzung für jede wissenschaftliche Veröffentlichung ist. Das Magazin "Science" ließ sich schließlich doch darauf ein. Also gab es zwei Genome: Venters in "Science" und das des Human Genome Projects im Konkurrenzblatt "Nature".

2003 dann war das vollständige Erbgut des Menschen entziffert, man feierte das als wissenschaftliche Sensation. Viele Blätter hatten schon zwei Jahre zuvor optimistisch die "Entzifferung des Erbguts" bejubelt. Verfrüht. Denn was diese riesige Buchstabenwüste wirklich bedeutete - das zu verstehen, davon war man damals weit entfernt und ist es noch heute.

War also die Sequenzierung des menschlichen Erbguts wirklich das prägende wissenschaftliche Ereignis des vergangenen Jahrzehnts?

Nein, sagt George Church, Genforscher an der Harvard Medical School und einer der Initiatoren des Human Genome Projects. "Mir war von Anfang an klar, dass ein einziges sehr teures Erbgut kein akzeptables Ziel sein konnte." Vielmehr müsse man die Sequenzierkosten auf ein erschwingliches Maß senken.

"Personalisierte Medizin ist der nächste große Boom"

Dieses Ziel rückt nun immer näher: Kostete das Human Genome Project noch drei Milliarden US-Dollar, sanken die DNA-Sequenzierkosten in den darauffolgenden Jahren drastisch. 2007 ließen Venter und James Watson, der Entdecker der DNA-Struktur, ihre Genome sequenzieren, die Kosten betrugen nur noch zwei Millionen US-Dollar. Im August 2009 fiel der Preis auf 48.000 Dollar, und im November kostete es nur noch 4400 US-Dollar, den Bauplan eines Menschen auszulesen. Church will den Preis auf 1500 Dollar senken, wie er verrät.

Damit rückt die Ära des persönlichen Genoms und die Vision einer personalisierten Medizin näher. Wenn jeder sein eigenes Erbgut auf seiner Krankenkassen-Karte hat, so der Traum vieler Mediziner, kann man ihn auch maßgeschneidert therapieren. Denn jeder trägt andere Krankheitsrisiken in seinen Genen, spricht unterschiedlich auf Medikamente an.

"Personalisierte Medizin ist der nächste große Boom", prophezeit Marie-Laure Yaspo. "Mit dem Humane Genome Project hatte man ein erstes menschliches Erbgut als Referenz. Nun brauchen wir viele weitere Erbgute, um die Unterschiede zwischen ihnen zu erforschen - das ist der Schlüssel, um Krankheiten zu verstehen."

Schon jetzt kann man eine Menge Erbkrankheiten und genetische Risiken identifizieren. 1526 zuverlässige Gentests könne man auf einmal durchführen, so Church - zum Preis von einem einzigen Test. Die Kosten sind ein wichtiger Punkt, denn wenn das persönliche Genom und Gentests zu teuer sind, droht die personalisierte Zwei-Klassen-Medizin.

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Forum - Diskussion über diesen Artikel
insgesamt 8 Beiträge
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1. ein neue Ära ;-)
Pinguin63 15.12.2009
Zitat von sysopDie Entzifferung des menschlichen Erbguts war ein wissenschaftliches Mammutprojekt, das wichtigste des ausgehenden Jahrzehnts. Schon bald wird jeder Mensch seinen eigenen Bauplan in Händen halten, glauben Forscher. Dann könnte eine neue Ära der Medizin beginnen. http://www.spiegel.de/wissenschaft/medizin/0,1518,666927,00.html
Dann beginnt sicher eine ganz andere Ära - die der totalen Vermarktung genetischer Daten. Wie man bereits bei der sog. "Schweinegrippe" und den Riesenprofiten der Pharmakonzerne gesehen hat, ist die Verflechtung zwischen den Interessenvertreters der verschieden Gremien, des Staates und den Aufsichtsräten so groß, dass man keiner Aussage mehr Glauben schenken kann. Unsere Gesellschaft ist sehr reich und fähig dem Wohle des Mensche zu dienen (gem. Grundgesetz!), leider kann sich aber auch vieles gegen uns richten. Das ist immer dort der Fall, wo ein wenig Profit wohl nicht reicht und noch mehr rauskommen muß ... .
2. Genmatsch!
mcfly71 15.12.2009
Ich weiß, ich weiß...Ich bin allein die Summe meiner Gene! Sind diese entschlüsselt, bin ich entschlüsselt!
3. Vorsicht!
mitbürger 15.12.2009
Wir sollten vorsichtig sein mit der Transparenz. Natürlich impliziert die Entschlüsselung des menschlichen Genoms ein ungeheures Potenzial. Aber es erinnert mich an die Entwicklung der Atombombe, und ich frage mich heute, warum man damals jedem erklären musste, wie so eine Höllenmaschine funktioniert. Der entschlüsselte genetische Code wird den Weg zur Bekämpfung von Krankheiten enorm erleichtern, aber vermutlich werden intelligente, aber böse Menschen Dinge entdecken, die uns vernichten könnten. Wenige Moleküle an den wichtigen Schaltstellen der DNA könnten evtl. für ein Individuum tödlich sein. Deshalb sollte man Vorsicht walten lassen, bevor man nicht weiß, mit was man es zu tun hat.
4. Das Genom verstehen
Radsportler 15.12.2009
Zitat: "Aber nicht nur die Unterschiede zwischen den Genomen will man verstehen, sondern natürlich auch das Genom selbst. Das erweist sich als viel komplizierter als die HGP-Leute geahnt hatten." Der das hier http://die-formatierte-dna.de/html/1-vorwort.html geschrieben hat, hat jedenfalls mehr davon verstanden als die Herren Venter, Watson und Co. Das Studium dieser Arbeit sollte jedem, der sich mit Genetik und Epigenetik beschäftigt, zur Pflicht gemacht werden.
5. Hmmm, weniger ein Bauplan...
orosee 16.12.2009
Zitat von sysopDie Entzifferung des menschlichen Erbguts war ein wissenschaftliches Mammutprojekt, das wichtigste des ausgehenden Jahrzehnts. Schon bald wird jeder Mensch seinen eigenen Bauplan in Händen halten, glauben Forscher. Dann könnte eine neue Ära der Medizin beginnen. http://www.spiegel.de/wissenschaft/medizin/0,1518,666927,00.html
...als ein Rezept. Das ist jedenfalls das Beispiel, das Richard Dawkins immer wieder zur Erklaerung heranzieht. Also gut, nun halte ich (es ist schon die Zukunft) also mein komplettes genetisches Profil in den Haenden. Und nun? ACGT GCGA ATCC... warum meldet sich niemand? Nein, ernsthaft: Was mache ich mit dieser Information? Bei Roentgenbildern, CAT Scan und MRI kann ich zumindest noch einen Bezug zu mir herstellen, aber damit? Ich warte gespannt auf die Software, die mir sinnvolle Auswertungen meiner genetischen Rezeptur liefert. Ausserdem brauche ich bald ein neues Herz, eine frische Lunge und eine saubeere Leber. Bitte lieber heute als morgen, gerne auch im Zweiklassensystem solange ich es mir noch leisten kann!
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Das menschliche Genom
Der Mensch hat in jeder seiner Körperzellen zweimal 23 Chromosomen. Die sind nichts anderes als lange Stränge von Desoxyribonukleinsäure, kurz DNA. Sie setzt sich unter anderem zusammen aus vier Grundbausteinen, den Nukleinbasen Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin (abgekürzt A, C, G und T). In der DNA-Doppelhelix sind die Basen in Paaren angeordnet. Die menschliche DNA besitzt etwa drei Milliarden Basenpaare. Bestimmte Abschnitte von Basenpaaren bilden Gene - die Blaupause für die Proteine. Nach derzeitiger Schätzung hat der Mensch etwa 25.000 Gene.
SNPs
Das Erbgut zweier Menschen ist sich zu 99,9 Prozent ähnlich, alle angeborenen Unterschiede werden von weniger als 0,1 Prozent der DNA bestimmt. Ein großer Teil dieser Variationen sind sogenannte Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs oder "Snips") - Teilstücke der langen Buchstabensequenz aus A, C, G und T, die sich in genau einem Buchstaben unterscheiden, etwa wie diese beiden: GATCGA - GATGGA. Viele der häufigsten Krankheiten können mit dem Auftreten bestimmter SNPs in Verbindung gebracht werden. Jeder einzelne SNP hat aber unter Umständen nur einen schwachen Effekt.
Haplotyp
Haplotyp nennt man Gegenden auf dem DNA-Strang eines Chromosoms, in denen bestimmte SNPs gehäuft auftreten. Größere Gruppen von Menschen teilen oft den gleichen Haplotyp. Wer an einer bestimmten Stelle ein A und an einer anderen ein C hat, bei dem lässt sich dann vorhersagen, wie alle anderen SNPs in der betreffenden Sequenz aussehen - ohne, dass man jeden Buchstaben einzeln untersuchen muss.
HapMap
Im Oktober 2007 wurde die HapMap (die Haplotyp-Karte) publiziert. Mit großem Aufwand sammelte ein internationales Konsortium von Wissenschaftlern dafür DNA von Menschen aus verschiedenen Weltgegenden. Nahezu alle Haplotypen, die häufiger als bei fünf Prozent der Menschheit vorkommen, sollen auf der HapMap erfasst sein. Das spart bei Genom-Untersuchungen Arbeit: Kennt man einige entscheidende SNPs einer Person, kann man nun auf den Haplotyp in dieser Region der DNA schließen, weiß also automatisch über alle anderen SNPs der Person in diesem Bereich bescheid. Analysen werden einfacher - und billiger. Die HapMap-Daten sind frei verfügbar.

Stammzellen - die Multitalente
Embryonale Stammzellen (ES)
AFP
Sie gelten als die zellulären Alleskönner: Reift eine befruchtete Eizelle zu einer Blastozyste, einem kleinen Zellklumpen, heran, entsteht in deren Inneren eine Masse aus embryonalen Stammzellen. Die noch nicht differenzierten Stammzellen können sich zu jeder Zellart des menschlichen Körpers entwickeln. Voraussetzung ist, dass sie mit den richtigen Wachstumsfaktoren behandelt werden.
Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS)
Körperzellen einfach in Stammzellen umprogrammieren - das gelang Forschern durch das Einschleusen ganz bestimmter Steuerungsgene. Aus den dabei entstandenen maßgeschneiderten Stammzellen züchteten sie erfolgreich verschiedene Körperzellen. Diese Methode ist nicht nur elegant, sondern auch ethisch unbedenklich, da dabei kein Embryo hergestellt und zerstört wird. Allerdings birgt die Methode noch Risiken, weil für das Einschleusen der Gene Viren benötigt werden. Die Gene werden vom Virus verstreut im Genom eingebaut, wichtige Gene der Zelle können dabei beschädigt werden, die Zelle kann entarten. Es besteht Krebsgefahr. Zudem bauen auch die Viren ihr Erbgut ein. Forschern gelang jedoch mittlerweile die Reprogrammierung ohne Viren und mit anschließender Entfernung der Gene.
Proteininduzierte pluripotente Stammzellen (piPS)
Zellen reprogrammieren - nur durch Zugabe von Molekülen und ohne Veränderung des Erbgutes. Dies gelang Forschern erstmals im April 2009. Damit räumten sie potentielle Risiken aus, die das Einschleusen der Reprogrammiergene barg.
Keimbahn abgeleitete pluripotente Stammzellen (gPS)
Keimbahn-Stammzellen können normalerweise nur Spermien erzeugen. Aber man kann sie auch in pluripotente Stammzellen verwandeln. Diese "germline derived pluripotent stem cells" (gPS) bieten ein großes Potential, denn ihr Erbgut ist noch relativ unbeschädigt. Forschern gelang die Verwandlung an Hodenzellen von Mäusen - nur durch ganz bestimmte Zuchtbedingungen.
Adulte Stammzellen
Nicht nur Embryonen sind eine Quelle der Zellen, aus denen sich verschiedene Arten menschlichen Gewebes entwickeln können. In etwa 20 Organen inklusive der Muskeln, der Knochen, der Haut, der Plazenta und des Nervensystems haben Forscher adulte Stammzellen aufgespürt. Sie besitzen zwar nicht die volle Wandlungsfähigkeit der embryonalen Stammzellen, bereiten aber auch keine ethischen Probleme: Einem Erwachsenen werden die adulten Stammzellen einfach entnommen und in Zellkulturen durch Zugabe entsprechender Wachstumsfaktoren so umprogrammiert, dass sie zu den gewünschten Gewebearten heranreifen.
Ethik und Recht
Die Stammzellforschung birgt ethische Konflikte. Embryonale Stammzellen werden aus Embryonen gewonnen, die entweder eigens hergestellt werden oder bei künstlichen Befruchtungen übriggeblieben sind. Dabei wird der Embryo zerstört. Die Argumentation der Befürworter: Die Embryonen würden ohnehin vernichtet. Kritiker sprechen dagegen von der Tötung ungeborenen Lebens. In Deutschland ist das Herstellen menschlicher Embryonen zur Gewinnung von Stammzellen verboten. In Ausnahmefällen erlaubt das Gesetz aber den Import von Stammzellen, die vor dem 1. Mai 2007 hergestellt wurden. In Großbritannien und Südkorea ist das therapeutische Klonen ausdrücklich erlaubt, ebenso in den USA.
Im Überblick: Die Bestimmungen des Gentechnik-Gesetzes
Anbau
DPA
Auf rund 27 Quadratkilometern werden in Deutschland derzeit gentechnisch veränderte Pflanzen angebaut - die meisten davon in Ostdeutschland. Spitzenreiter ist Brandenburg, wo auf rund 13 Quadratkilometern vor allem der Genmais MON 810 des US-Saatgutkonzerns Monsanto wächst. Auch Mecklenburg-Vorpommern und Sachsen sind mit jeweils rund sechs Quadratkilometern ganz vorne dabei. Dennoch liegt der Anteil der Flächen mit genveränderten Pflanzen bundesweit bei nur etwa 0,15 Prozent. Der umstrittene Genmais soll besser vor dem Schädling Maiszünsler geschützt sein. Geprüft wird auf EU-Ebene derzeit auch die Zulassung der Gen-Kartoffel "Amflora" des Chemiekonzerns BASF. Das für die Produktion von industriell verwendeter Kartoffelstärke optimierte Nachtschattengewächs könnte bereits im kommenden Jahr auf deutschen Feldern wachsen.
Gesetze
Über die Zulassung gentechnisch veränderter Pflanzen entscheidet zunächst die EU-Kommission. Die endgültige Freigabe in Deutschland liegt beim Bundesministerium für Verbraucherschutz. Sind die Erbgutveränderungen in der neuen Pflanze genetisch stabil und besitzen Vorteile gegenüber bestehenden Sorten, kann das Saatgut zur kommerziellen Nutzung freigegeben werden. Obwohl kleinere Mengen genmanipulierter Pflanzen seit 1998 probeweise angebaut wurden, hat das Bundessortenamt erst 2005 mehrere Variationen der Maissorte MON 810 für den unbegrenzten Anbau zugelassen. Für die Gen-Kartoffel "Amflora" ist dagegen keine Zulassung der deutschen Behörden notwendig, weil sie nur von Vertragspartnern des Konzerns angebaut und nicht auf dem freien Markt gehandelt werden soll.
Reform
Nach monatelangem Streit hat sich die große Koalition im Juli auf neue Regeln zum Anbau von genetische veränderten Organismen (GVO) verständigt. Der Mindestabstand zwischen normalen Feldern und solchen mit genetisch verändertem Saatgut soll auf 150 Meter, beim Öko-Anbau auf 300 Meter festgelegt werden. Zudem sollen die Kriterien zur Kennzeichnung von Lebensmitteln ohne Gentechnik gelockert werden, der genaue Schwellenwert genetischer Verunreinigung ist aber noch strittig. Das Standortregister mit genauen Ortsinformationen über Anbauflächen von Gen-Pflanzen soll entgegen früherer Planung nicht eingeschränkt werden. Auch die Haftung bei genetischer Verunreinigung benachbarter Anbauflächen soll unverändert bleiben: Wer Gen-Pflanzen säht, muss im Schadensfall unabhängig vom Verschulden haften, wenn kein Verursacher gefunden wird. Die Haftung greift jedoch erst bei einem Anteil genveränderter Stoffe von mehr als 0,9 Prozent.
Kritik
Kritiker der Gesetzreform bemängeln, dass die Abstandsregelungen zwischen normalen und gentechnisch veränderten Anbauflächen im Einvernehmen zwischen Bauern außer Kraft gesetzt werden können. Selbst Erntemaschinen und Verarbeitungsanlagen könnten demnach gemeinsam benutzt werden, wenn beide Nachbarn einverstanden sind. Zudem halten Umweltverbände und Teile der Opposition die Abstände von 150 bzw. 300 Meter für zu gering, um eine Weiterverbreitung der Gen-Pflanzen zu verhindern. Sollte der kontrollierte Anbau des manipulierten Saatguts scheitern, sah das bisherige Gesetz außerdem einen Stopp der kommerziellen Nutzung vor. Diese Regelung ist in dem neuen Gesetzentwurf nicht mehr enthalten.