Mit neuer Technologie Forscher wollen erstmals gesamtes menschliches Genom entschlüsselt haben

Vor gut zwei Jahrzehnten wurde erstmals das gesamte menschliche Genom entschlüsselt – doch es fehlten wichtige Details. Fachleute wollen die Lücke nun fast vollständig geschlossen haben.
DNA-Doppelhelix: Im Genom ist der Bauplan unseres Körpers gespeichert

DNA-Doppelhelix: Im Genom ist der Bauplan unseres Körpers gespeichert

Foto: iStockphoto / Getty Images

Vor etwa 20 Jahren haben zwei rivalisierende Forschergruppen in einem spektakulären Wettlauf 92 Prozent des menschlichen Genoms entschlüsselt. Die Projekte gelten als Meilensteine der biomedizinischen Forschung.

Erstmals ließ sich nachvollziehen, welche genetischen Bausteine welche Funktionen unseres Körpers steuern – und somit noch genauer erforschen, was etwa bei Krankheiten schiefläuft. Doch es fehlten acht Prozent der Erbgut-Sequenz. Ein internationales Team will diese Lücke nun mithilfe neuer Technik weitgehend geschlossen haben.

Demnach hat es die Zahl der erfassten DNA-Basen mit seinen Analysen von 2,92 Milliarden auf 3,05 Milliarden erhöht, was einem Anstieg von 4,5 Prozent entspricht. Die Zahl der erfassten Gene, also der Baupläne, auf deren Basis Zellen Proteine herstellen, stieg dabei zwar nur um 0,4 Prozent auf 19.969. Dennoch könnten die neu identifizierten Bereiche verraten, wie Zellen einzelne Gene aktivieren oder abschalten.

Offizielle Bestätigung fehlt

Die Arbeit hat allerdings ein paar Schwächen. So stammte die verwendete Zelllinie nicht aus einem vollständig entwickelten Menschen. Die Daten  wurden bislang zudem lediglich auf einem Preprint-Server hochgeladen, eine Begutachtung durch unabhängige Forscher fehlt.

»Man versucht, zu dieser letzten Unbekannten im menschlichen Genom vorzudringen«, sagte Karen Miga, Forscherin an der University of California in Santa Cruz, die Teil der Leitung des Projekts war, der Medizin-Nachrichtenseite »Statnews« . Die nun untersuchten Bereiche seien noch nie zuvor analysiert worden, weil dies kompliziert sei.

Möglich war die neue Untersuchung, weil neue Sequenziertechnologien das Erbgut nicht mehr in kleine Stücke zerlegen und wieder zusammensetzen. Diese Technik funktioniert zwar für weite Teile des Erbguts, allerdings nicht in Bereichen, in denen sich gleiche Muster mehrmals wiederholen. Die Reihenfolge der Basen lässt sich dann nicht mehr rekonstruieren.

Entscheidender Bereich für die Zellteilung

Die noch nicht entschlüsselten acht Prozent des menschlichen Genoms bestehen genau aus solchen schwer zu analysierenden, sich wiederholenden Sequenzen. Sie sitzen an den Knoten, die die Chromosomen zusammenhalten – sogenannten Zentromeren. Bei der Zellteilung, etwa bei der Entwicklung eines Embryos, spielen die Strukturen eine entscheidende Rolle.

Um die fehlenden Bereiche zu analysieren, kombinierte das internationale Team zwei alternative Techniken. Bei der einen wird ein DNA-Molekül durch ein winziges Loch gezogen und dabei in weiten Teilen am Stück sequenziert. Die andere nutzt Laser, um DNA-Sequenzen mehrfach zu untersuchen. Beide Methoden sind teurer als die bislang etablierte Technik und noch nicht genauso zuverlässig, lieferten in Kombination aber ein brauchbares Ergebnis.

George Church, renommierter Molekularbiologe und Genomforscher von der Harvard University, erklärte laut »Statnews«, er weise in seinen Vorträgen bislang noch darauf hin, dass bis heute niemand das gesamte Genom eines Wirbeltiers sequenziert habe. Wenn sich die Ergebnisse der neuen Arbeit bestätigten, sei diese Anmerkung hinfällig.

DNA-Sequenz stammte nicht aus einem Menschen

Untersucht hat das Team um Miga in seiner Analyse aber nur 23 von 46 Chromosomen, die eine menschliche Zelle üblicherweise enthält. Die analysierte Zelllinie stammte aus einer sogenannten Blasemole, die entsteht, wenn eine Eizelle ohne Zellkern von einem Spermium befruchtet wird. Die Zelle enthält dann nur das Erbgut vom Vater, die andere Hälfte fehlt. Auf diese Weise konnte das Forscherteam die für die Analyse benötigte Rechenleistung reduzieren.

Auch die ersten Sequenzierungen des menschlichen Genoms enthielten lediglich 23 Chromosomen. Damals hatten das Human Genome Project (HGP) und die Firma Celera Genomics des ambitionierten Genpioniers Craig Venter das menschliche Erbgut erstmals fast vollständig analysiert.

Im Februar 2001 publizierten sie die Details ihrer Arbeiten erstmals in einem Fachmagazin. Demnach hatten sie 83 Prozent des Genoms entschlüsselt, weitere Analysen brachten den Wert auf 92 Prozent.

Mit fortschreitender Technik tendieren Fachleute inzwischen jedoch dazu, alle 46 Chromosomen zu untersuchen. Das Team um Studienleiterin Miga will das in einem nächsten Schritt versuchen.

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