Erstmals haben Wissenschaftler das vollständige menschliche Genom sequenziert und dabei bisher unbekannte DNA-Abschnitte freigelegt. Diese kodieren unter anderem für Muskeldystrophie, bestimmte Krebsarten und Merkmale wie unser großes Gehirn.
Beim Abschluss des Humangenomprojekts 2003 lag eine präzise Darstellung von 92 Prozent des Genoms vor. Die restlichen 8 Prozent waren mit der damaligen Technik zu anspruchsvoll. Seitdem jagen Forscher unermüdlich einem vollständigen Bild des menschlichen DNA-Bauplans nach.
Das Telomere-to-Telomere (T2T)-Konsortium, das Team hinter dieser Entdeckung, betont: Die neu kartierten Regionen könnten zu innovativen Therapien und einem tieferen Verständnis menschlicher Vielfalt führen.
Was ist das menschliche Genom?
Das menschliche Genom umfasst die gesamte DNA einer Person – rund 21.000 Gene, die in einer Zelle einen etwa 2 Meter langen Faden bilden würden. Diese Gene sind in 46 Chromosomen gebündelt.
„Das Genom ist das vollständige Buch der Anweisungen für eine Spezies. Jede Art hat ihr eigenes – es ist die Blaupause, die Zellen sagt, wie sie ein Individuum formen“, erklärt Dr. Karen Miga, Assistenzprofessorin für Biomolekulartechnik an der UC Santa Cruz.
Zusammen mit Dr. Adam Phillippy vom National Human Genome Research Institute leitete Miga ein internationales Forscherteam bei der Jagd nach den fehlenden Genomteilen.
„Beim ersten Genom 2003 hatten wir das Buch, aber ganze Kapitel fehlten. Wir haben Seiten ergänzt, entschlüsselt und korrigiert. Nun haben wir es von Seite 1 bis zur letzten – und verstehen besser, wie wir als Organismen entstehen und uns von anderen unterscheiden“, so Miga.
Was verbirgt sich in der fehlenden DNA?
Die 8 Prozent Lücke entsprachen einem „ganzem Kontinent auf der Weltkarte“, wie Miga veranschaulicht – eine immense Wissenskluft in Medizin und Genomik.
Zu den neu sequenzierten Bereichen zählen Telomere und Zentromere, zentrale Chromosomenregionen.
Telomere sind Schutzkappen an den Chromosomenenden, die mit dem Alter kürzer werden. Kürzere Telomere bergen höheres Risiko für Alterskrankheiten und frühen Tod; ihre Verlängerung könnte Alterung bremsen.
Zentromere in der Chromosomenmitte sind essenziell für die Zellteilung: Proteine docken hier an, spalten die DNA und verteilen sie.
„Fehler in Zentromeren treten bei Krebs, Alterung und Unfruchtbarkeit auf“, betont Miga.
Das T2T-CHM13-Genom offenbart fast 2.000 Kandidatengene für weitere Forschung.
Teilweise enthalten sie Immunantwort-Gene gegen Infektionen, wie Prof. Evan Eichler vom Eichler Lab an der University of Washington feststellte. Auch Bereiche, die Medikamentenreaktionen vorhersagen, wurden lokalisiert.
„Einige machen uns einzig menschlich – Hälfte der Gene für unsere größeren Frontallappen liegen hier“, sagt Eichler.
Vergleiche mit anderen Genomen ergaben über eine Million neue Varianten, viele neuartig.
„In ungelösten Regionen fanden wir Hunderttausende Varianten – Chancen für evolutionäre und biomedizinische Durchbrüche“, schreiben die Forscher.
Genetische Varianten ermöglichen schon personalisierte Therapien, z. B. bei Brustkrebs. Die neue Karte wird weitere krankheitsrelevante Funde bergen.
„Wir sehen genomische Behandlungen – und zu Lebzeiten meines Sohnes noch mehr, wenn wir Variantenrollen entschlüsseln“, meint Prof. Michael Schatz, Co-Leiter des T2T-Teams.
„Neue Techniken offenbaren Variantenklassen. Kausal für Krankheiten? Offen. Aber aufregend!“, fügt Schatz hinzu.
Wessen DNA diente der Sequenzierung?
„Dieses Genom repräsentiert niemanden, der lebte“, sagt Phillippy. Es stammt aus einer speziellen Zelle (Spermium + leere Eizelle), rein väterlich, vor 20 Jahren gesammelt – Spender anonym.