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Die kleinen Unterschiede
1000 Genome-Projekt veröffentlicht Analyse der abgeschlossenen Pilotphase
Kleine genetische Unterschiede zwischen einzelnen Personen helfen zu erklären, warum einige Menschen eher
an Krankheiten wie Diabetes oder Krebs erkranken können als andere. Bislang war die Aufdeckung von
Krankheitsursachen nur möglich, indem mehrere Millionen genetischer Unterschiede in Tausenden von
Patienten abgefragt und gegen die Normalpopulation verglichen wurden. Durch einen Quantensprung in der
genetischen Technologie ist es nun möglich, durch Sequenzierung ganze Genome "Buchstabe für Buchstabe"
zu lesen. Dazu muss man aber wissen wie die normale Population mit derselben Auflösung aussieht. In der
renommierten Fachzeitschrift "Nature" veröffentlicht heute das 1000 Genome-Projekt, ein Konsortium aus
öffentlich finanzierten Forschungseinrichtungen und der Industrie, die bislang umfangreichste Karte
solcher genetischen Unterschiede oder "Varianten". Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die jetzt
vorgelegte Arbeit etwa 95% der genetischen Varianten aller Menschen auf der Erde enthält. An dem Projekt
beteiligt waren auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik in Berlin, des EMBL
in Heidelberg sowie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel [Nature 2010, DOI: 10.1038/nature09534]
Unter genetischer Variation zwischen Menschen versteht man die Unterschiede in der Anordnung der
chemischen Bausteine (Basen), aus denen das menschliche Erbmaterial (Genom) zusammengesetzt ist. Diese
Unterschiede können sehr klein sein und nur auf dem Austausch einzelner Basen beruhen; sie können aber
auch durch große Veränderungen wie Verdopplungen oder Umlagerungen ganzer Chromosomenregionen verursacht
werden. Einige Unterschiede treten häufig in weiten Teilen der Bevölkerung auf, während andere sehr
selten sind. Wissenschaftler des 1000 Genome-Projekts untersuchten systematisch das Erbgut von 179
einzelnen Menschen aus verschiedenen Volksgruppen (Populationen). Durch den Vergleich der Einzelgenome
untereinander und zwischen den verschiedenen Populationen gelang es den Forschern, einen Katalog der
genetischen Varianten zu erstellen.
Das 1000 Genome-Projekt ist ein internationales Großprojekt, das sich über mehrere Kontinente,
insbesondere USA, Europa und Asien erstreckt. Wissenschaftler aus öffentlich finanzierten
Forschungseinrichtungen und Technologiefirmen, die neue Sequenziertechnologien entwickeln und verkaufen,
arbeiten gemeinsam daran, eine genaue Karte der genetischen Unterschiede der Menschen zu erstellen. Ihr
Ziel ist es, eine öffentliche, das heißt für jedermann zugängliche Datenbank zur Verfügung zu stellen,
mit deren Hilfe Forscher den Einfluss individueller genetischer Veränderungen auf verschiedene
Erkrankungen besser einschätzen können. Dafür untersuchten die Wissenschaftler Menschen europäischer,
westafrikanischer und ostasiatischer Herkunft. Unter Anwendung von Sequenziertechnologien der zweiten
Generation wurden bislang die Genome von 179 Personen und zusätzlich die Protein-kodierenden Gene von 697
Personen sequenziert. Jeder Abschnitt der DNA wurde mehrmals sequenziert, so dass insgesamt mehr als 4,5
Terabasen (4,5 Billionen bzw. 4.500.000.000.000 einzelne Bausteine) an DNA-Sequenz gelesen wurden.
Wichtigster deutscher Partner dieses internationalen Schlüsselprojekts der Genomforschung ist das
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik (MPIMG) in Berlin. "In der Pilotpase wurden am MPIMG die
Genome von elf Personen untersucht", erklärt Projektleiter Ralf Sudbrak und fügt hinzu: "Auch in der
Hauptphase des Projektes werden wir mindestens 5% aller Projektdaten generieren."
Um diese Daten verarbeiten und gemeinsam nutzen zu können, waren neben den Entwicklungen im
Sequenzierbereich auch zahlreiche Innovationen im Bereich der EDV-Technik erforderlich. Dies beinhaltete
auch die Entwicklung standardisierter Verfahren zur Organisation, Aufbewahrung und Analyse der
entstandenen Daten. "Wir konnten beweisen, dass die Sequenzierung von Einzelgenomen effizient und
erfolgreich ist", erklärt Hans Lehrach, Mitglied im Lenkungsgremium des 1000 Genome-Projektes und
Direktor der Abteilung des MPIMG, in der die Sequenzierungsarbeiten stattfinden. "Bei bisherigen
Sequenzierprojekten wie dem Humangenomprojekt wurde das Erbmaterial mehrerer Personen vermischt, um ein
sogenanntes Referenzgenom zu erzeugen. Die erhaltenen Daten geben uns Informationen über das Erbmaterial
aller Menschen, Aussagen über das Genom einer bestimmten Einzelperson sind daraus jedoch nicht
abzuleiten." Dieser neue Ansatz wird nicht nur in der Hauptphase des 1000 Genome-Projektes fortgeführt,
sondern inzwischen auch bei der Erforschung von Krankheiten angewendet. "Die rasante technologische
Entwicklung, gekoppelt mit den Erfahrungen aus dem 1000 Genome-Projekt, erlaubt Initiativen wie das von
uns initiierte Treat1000-Projekt, das neue Möglichkeiten für eine personalisierte Medizin schaffen soll.
Dabei sollen in den nächsten Jahren die Genome von tausend Tumorpatienten sowie das veränderte
Genmaterial ihrer Tumore sequenziert werden," so Lehrach.
Die Karte der humanen genetischen Variationen, die in der ersten Phase des 1000 Genome-Projekts erstellt
wurde, enthält 15 Millionen Positionen, an denen einzelne Basen ausgetauscht sind, eine Million kürzerer
Insertions- und Deletionsveränderungen und über 20.000 strukturelle Varianten. Weniger als die Hälfte der
Varianten war bereits vorher bekannt. Die Projektdatenbank umfasst mehr als 95% aller heutzutage zu
messenden Varianten. Die Forscher gehen davon aus, dass sie bis zum Abschluss des Projektes 99% der
Varianten identifiziert haben werden. Die jetzt vorgelegte Karte enthält bereits einige Überraschungen.
So konnten die Wissenschaftler zeigen, dass jeder Mensch zwischen 250 und 300 genetische Abweichungen
trägt, die die normale Funktion der betroffenen Gene verhindern. Weiterhin besitzt jeder von uns zwischen
50 und 100 genetische Variationen, die mit verschiedenen Erbkrankheiten assoziiert sind. Zum Glück
besitzt jeder Mensch zwei Kopien von jedem Gen. Daher bleiben wir in der Regel gesund, solange nicht auch
die zweite Kopie verändert ist.
Zusätzlich zu der Untersuchung der individuellen Genvarianten haben sich die Forscher die Genome von
sechs Einzelpersonen sehr genau angeschaut. Die beiden sogenannten Kernfamilien bestanden aus jeweils
einem Vater, einer Mutter und einer Tochter. Die Wissenschaftler fanden bei den Töchtern neue Varianten,
die bei den Eltern nicht vorhanden waren. Sie gehen davon aus, dass bei jedem Menschen ungefähr 60 neue
Mutationen auftreten, die bei den Eltern noch nicht vorhanden sind.
Mit dem Abschluß seiner Pilotphase ist das 1000 Genome-Projekt in die sogenannte Hauptphase eingetreten.
In den nächsten zwei Jahren wollen die beteiligten Gruppen insgesamt 2.500 Einzelpersonen aus 27
verschiedenen Populationen untersuchen.
Die deutsche Beteiligung am 1000 Genome-Projekt wird durch die Unterstützung des Bundesministeriums für
Bildung und Forschung ermöglicht, das die Beteiligung der Berliner Forscher im Rahmen des Programms der
Medizinischen Genomforschung, NGFN-Plus, fördert.
Organisationen, die einen Hauptbeitrag zum Projekt geleistet haben, sind 454 Life Sciences, eine Roche
Firma, Branford, Conn.; Life Technologies Corporation, Carlsbad, Calif.; BGI-Shenzhen, Shenzhen, China;
Illumina Inc., San Diego; das Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, Berlin, Deutschland; das
Wellcome Trust Sanger Institute, Hinxton, Cambridge, UK; und das National Human Genome Research
Institute, welches die Arbeiten am Baylor College of Medicine, Houston, Texas; das Broad Institute,
Cambridge, Mass.; und Washington University, St. Louis, Missouri unterstützt. Forscher an vielen anderen
Instituten arbeiteten an diesem Projekt mit, u.a. Gruppen in Barbados, Kanada, China, Kolumbien,
Finnland, Gambia, Indien, Malawi, Pakistan, Peru, Puerto Rico, Spanien, Großbritannien, den USA, und
Vietnam. Auch zwei weitere deutsche Gruppen, das EMBL in Heidelberg und die
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel waren involviert.
Orginalveröffentlichung:
The 1000 Genomes Project Consortium: A map of human genome variation from population scale sequencing.
Nature 2010, DOI: 10.1038/nature09534
Weitere Informationen:
Kontakt:
Dr. Ralf Sudbrak
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik
Tel.: +49 30 8413-1612
Fax: +49 30 8413-1380
Email: sudbrak@molgen.mpg.de
Prof. Dr. Stefan Schreiber
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Email: s.schreiber@mucosa.de
Prof. Dr. Philip Rosenstiel
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Tel.: +49 431 597-1333
Email: p.rosenstiel@mucosa.de
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