Genanalysen: Hoden entwickelte sich rascher als Gehirn

Lausanne - Es war eines der gewaltigsten Großprojekte der Forschung: die Entzifferung des menschlichen Genoms. Seither haben Wissenschaftler die Liste der entzifferten Organismen in raschen Schritten erweitert - der Katalog mit den Bauplänen des Lebens wächst und wächst. Doch dieser ist nur ein Teil der Wahrheit.

Mensch und Orang-Utan etwa sind Verwandte mit unterschiedlicher Anatomie und Verhalten. Genetisch gesehen, ist unser Erbgut aber nahezu mit dem des Orang-Utans identisch: zu 97 Prozent ist die Abfolge der Bausteine im Genom gleich.

Um zu verstehen, wie die Evolution der Arten vonstatten gegangen ist, haben Forscher deshalb ihren genetischen Blick geschärft: Anstatt nur die bloße Abfolge der DNA-Bausteine zu untersuchen, gehen Genforscher seit einiger Zeit einen Schritt weiter und analysieren die Aktivität der einzelnen Gene in verschiedenen Gewebetypen. Denn diese spielt eine immense Rolle in einer Zelle: Je aktiver ein Gen ist, desto mehr Eiweiß stellt die zelluläre Maschinerie aus diesem DNA-Bauplan her - was weitreichende Folgen für die Funktionsweise der Zelle hat.

Erstmals haben Forscher jetzt verglichen, welche Gene in verschiedenen Organen von neun Säugetier-Arten aktiv sind. Die Resultate, die Henrik Kaessmann von der Universität Lausanne und des Schweizerischen Institut für Bioinformatik zusammen mit einem internationalen Team im Wissenschaftsjournal "Nature" veröffentlicht hat, lassen Rückschlüsse darauf zu, wie sich Organe im Laufe der Evolution entwickelt haben: Das Säugetier-Gehirn etwa, das hat die Auswertung der genetischen Daten ergeben, hat sich nur langsam entwickelt. Die Hoden dagegen haben eine rasante Entwicklung gemacht.

Hirnzellen und Leberzellen haben identisches Erbgut

Die langsame Hirnentwicklung erkläre sich dadurch, dass dieses Organ unzählige lebenswichtige Funktionen steuern und ausführen müsse, erklärte Henrik Kaessmann in einer Mitteilung. Das lasse wenig Spielraum für Veränderungen zu. Die raschen Veränderungen in den Hoden im Lauf der Evolution der Säugetiere dagegen sind teilweise auf starken Selektionsdruck zurückzuführen: Die Männchen mit den angepasstesten Geschlechtsorganen pflanzen sich jeweils am erfolgreichsten fort.

Die Forscher verglichen die Genaktivtäten in den Organen Großhirnrinde, Kleinhirn, Herz, Niere, Leber und Hoden von verschiedenen Säugetieren. Die Palette der untersuchten Tiere reichte dabei vom Schnabeltier über das Opossum und die Maus bis zu den Menschenaffen und dem Menschen selber. Erst seit der Entwicklung neuartiger Sequenzierungsmethoden ist eine solche großangelegte Untersuchung in den letzten Jahren möglich geworden. Um die Aktivität zu messen, bestimmten Kaessmann und seine Kollegen die temporären Kopien der Erbsubstanz, die bei der Synthese der Eiweiße entstehen.

Mit Hilfe der Methode gelang es den Wissenschaftlern nicht nur die Aktivität einzelner Gene zu bestimmen - sie entdeckten auf diese Weise auch Gene, die bis dato unbekannt waren. Deren Funktion gilt es jetzt noch zu bestimmen.

Forscher gehen davon aus, dass Veränderungen in der Genaktivität für viele Unterschiede im Aussehen von Arten verantwortlich sind. Zudem entscheidet die Genaktivität innerhalb eines Individuums, ob zum Beispiel eine Hirn- oder eine Leberzelle entsteht: Beide haben exakt dasselbe Erbgut, aber verschiedene Eiweiße werden produziert, indem die Baupläne auf der DNA von der Zellmaschinerie unterschiedlich "gelesen" werden.

Fernziel der Forscher ist es, jene Aktivitätsveränderungen zu finden, die zu wichtigen Veränderungen in den Organen führten - zum Beispiel zur Komplexität des menschlichen Gehirns oder zu bestimmten Besonderheiten der Hoden im Schnabeltier. Kandidaten für diese Schlüsselvorgänge haben sie bereits ausgemacht.