Komplizierter Mensch Schatzfund im Erbgut-Müll

Der Bauplan für den Menschen steckt nicht bloß in den Genen. Bei den Arbeiten an einer Enzyklopädie des menschlichen Erbguts stießen Forscher auf eine ungeahnte Menge an Informationen - selbst dort, wo bisher nur molekularer Müll vermutet wurde.


"Der Müll ist gar kein Müll, sondern wirklich aktiv", sagte der britische Genforscher Ewan Birney. Das mag eine Erleichterung für Zeitgenossen sein, die es nie verwinden konnten, dass ein Großteil des menschlichen Erbguts als "Junk-DNA" bezeichnet wurden - als DNA-Müll. Doch auch diese Bereiche tragen zur sogenannten Transkription bei, dem Prozess, bei dem beispielsweise Proteine nach Vorlagen aus dem Erbgut zusammengebaut werden. Insgesamt ist die DNA des Menschen wohl weitaus komplizierter, als man bisher angenommen hat.

Diese auf den ersten Blick vielleicht trivial anmutende Erkenntnis präsentieren Genetiker gleichzeitig im Wissenschaftsmagazin "Nature" und in nicht weniger als 28 Beitragen für das Fachmagazin "Genome Research". Sehr viel geschehe etwa in den sogenannten regulatorischen Regionen außerhalb der eigentlichen Gene, sagte Francis Collins, Leiter des National Human Genome Research Institute (NHGRI). "Es ist alles weit komplizierter, als man sich das vor einem bis zwei Jahren vorgestellt hat", sagte der Bioinformatiker Peter Stadler vom Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie in Leipzig.

Die Konzentration auf die rund 30.000 Gene des Menschen allein dürfte damit dahin sein - das ist das wichtige erste Ergebnis des Encode-Projekts, kurz für "Encyclopedia of DNA Elements". Es wurde nach der Sequenzierung des menschlichen Erbguts im Jahr 2003 ins Leben gerufen, um alle Elemente in der menschlichen DNA aufzulisten, die eine Funktion haben.

Den Menschen macht nicht nur das Gen allein

Als das 1990 gestartete Humangenomprojekt seine Sequenzierung vorstellte, waren viele Experten von der geringen Zahl der Gene überrascht: Statt ursprünglich geschätzter 100.000 sprach man nun von nur noch 40.000, später sogar von weniger als 30.000. Wie konnte ein so komplexes Lebewesen wie der Mensch mit einer vergleichsweise kleinen Zahl von Genen beschrieben werden? Reispflanzen zum Vergleich haben rund 50.000 Gene.

Als Gen wird ein funktioneller Abschnitt der DNA bezeichnet, der zum Beispiel Proteine transkribiert. Mit etwa drei Millionen chemischen Bausteinen besteht das Erbmolekül aber aus viel mehr Basenpaaren (symbolisiert durch die Buchstaben A, C, G, T), als für Gene verwendet werden.

Die Wissenschaftsgemeinde müsse nun einige grundsätzliche Betrachtungsweisen über Gene, ihre Funktionen und die Evolution des Erbguts überdenken, sagte Genpionier und NHGRI-Chef Collins. "Dies könnte wichtige Auswirkungen für die Versuche haben, DNA-Sequenzen zu identifizieren, die bei vielen Krankheiten des Menschen eine Rolle spielen."

Was die Wissenschaftler aus 35 Forschungsteams von 80 beteiligten Organisationen aus elf Ländern nun vorstellen, ist ein erster Blick in die neue Vielfalt: Bislang haben die Encode-Forscher bei einem Prozent des Erbmaterials systematisch untersucht, was diese Bausteine tun.

Wie Pappkisten auf dem Speicher

Das Encode-Konsortium hat viele zuvor unbekannte Startschalter zum Genablesen und neue Sequenzen, die die Aktivität der Gene regulieren, identifiziert. Außerdem fand es oft Genschalter hinter den Genen und nicht wie bislang gedacht nur davor. Andere Bereiche außerhalb der Gene könnten bestimmen, wann, wie und zu welchem Zweck ein Gen aktiviert werde. Zudem haben die Forscher entdeckt, dass auch das Verpackungsmaterial der DNA, die Histone, eine wichtige Rolle beim Ablesen des Erbguts und vor allem bei der Zellteilung spielt.

Auch die bisherige Perspektive von Evolutionsforschern auf das Erbgut wird von Encode in Frage gestellt: Viele nun entdeckte Kontrollelemente für die Genaktivität teile der Mensch nicht mit anderen Säugetieren, teilten die Forscher mit. Das Erbgut sei innerhalb der Evolution daher viel weniger stabil als bislang gedacht.

Und was wird aus der Müll-Metapher? Es gibt durchaus DNA, fanden die Encode-Teams heraus, die offenbar mutieren kann, ohne dass dabei irgendein Schaden entsteht oder diese Veränderung sich bemerkbar macht. Als nutzlos abstempeln könne man sie aber dennoch nicht zwangsläufig. Collins verglich sie mit alten Kisten auf dem Speicher. "Das ist nicht die Sorte von Zeug, das man folgenlos wegwirft", sagte er. "Irgendwann könnte man es brauchen. Die Evolution könnte es brauchen." Ewan Birney fuhr fort: Was früher als Junk-DNA bezeichnet wurde, sei vielleicht einfach Füllmaterial, das Tiere bräuchten, wenn sie sich plötzlich an überraschende Umweltbedingungen anpassen müssten. "Es könnte als in der Zukunft nützlich werden", sagte Birney.

stx/dpa/rtr



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