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20 Jahre Entschlüsselung des humanen Genoms: Wo steht die Forschung heute?

20. April 2020

Vor genau 20 Jahren gelang die Sequenzierung des humanen Genoms. Damit verbunden war die Hoffnung, dass sich die Lebensverhältnisse des Menschen entscheidend verbessern. Doch haben sich diese Vorstellungen erfüllt und vor welchen Herausforderungen steht die Genomforschung heute? Ein Gespräch mit unserem Forscher Hans Lehrach sowie Gene Myers vom MPI für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden.

Hans Lehrach war Sprecher des Deutschen Humangenomprojekts und setzte bei der Genomanalyse auf Automatisierung

Im April 2000 verkündete Craig Venter die Entschlüsselung des menschlichen Genoms. Zehn Jahre zuvor hatte bereits ein internationales Forschungskonsortium im Humangenomprojekt mit der Sequenzierung der 3,2 Milliarden Basenpaare der menschlichen DNA begonnen. Venter war zuerst Teil des Konsortiums, kündigte aber 1998 an, das Genom mit seiner Firma Celera Genomics im Alleingang zu entschlüsseln.

Ein echtes Rennen zwischen Konsortium und Celera war es aber nicht, sagt Hans Lehrach, emeritierter Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin. „Die ersten Veröffentlichungen über den Entwurf des Humangenoms kamen zeitgleich im Februar 2001 heraus“, sagt der Forscher, der damals Sprecher des Deutschen Humangenomprojekts war. „Außerdem hatte Celera Zugang zu den öffentlichen Daten, das öffentliche Projekt aber nicht zu den Daten der Firma.“

Mit dem Schrotschuss zum Erfolg

Venter setzte bei seiner Sequenzierung auf die Schrotschuss-Methode, bei der mit größtmöglicher Automatisierung die menschliche DNA in kleine Stücke zerlegt, sequenziert und anschließend mithilfe immenser Rechnerleistung wieder zusammengesetzt wird.

„Damals wurde kontrovers diskutiert, ob diese Methode wirklich hoch qualitative Genomdaten liefern könnte“, sagt der Bioinformatiker Gene Myers, heute Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden. Myers war es, der Craig Venter von der Schrotschuss-Sequenzierung überzeugte und für Celera Genomics die Programme zum digitalen Zusammenbau der kurzen DNA-Sequenzen schrieb. Die Methode führte zum Erfolg. „Heute sequenziert jeder Genome mit der Schrotschussmethode“, sagt Myers. Auch das Humangenomprojekt gab im Sommer 2000 die Sequenzierung des Humangenoms bekannt.

Genom komplexer als erwartet

Die Sequenzierung des Genoms brachte die große Hoffnung mit sich, Krankheiten wie Krebs endgültig zu besiegen und dadurch die Lebensverhältnisse des Menschen entscheidend zu verbessern. Bald schon stellte sich jedoch Ernüchterung ein. Der Abfolge der Buchstaben des Genoms war nun zwar bekannt. Um diese Information aber zu verstehen, musste erst die Funktion der über 20.000 Gene erforscht werden.

„Die komplexen Untersuchungen, die sonst an einem Gen gemacht wurden, mussten nun an dem gesamten Genom des Menschen vorgenommen werden“, sagt Hans Lehrach. Um diese immense Menge an Laborarbeit zu beschleunigen, setzte er auf die automatisierte Erbgutanalyse mithilfe von Robotern und Biochips.

Für viele verschiedene Krankheiten identifizierten die Forscherinnen und Forscher auf diese Weise aber die verantwortlichen Gene und haben dadurch Diagnose, Prävention oder Therapie verbessert. So führte beispielsweise die Kenntnis genetischer Komponenten von Alzheimer und Diabetes zu gezielteren Behandlungsmöglichkeiten dieser Krankheiten. Aber auch viele andere genetisch bedingte Erkrankungen werden inzwischen routinemäßig bei Neugeborenen getestet, um eine Therapie zu beginnen, noch bevor Symptome eintreten. Das Humangenom bildet heute eine wichtige Grundlage für viele Forschungsbereiche.

Ein Genomkatalog und der digitale Zwilling

„Wir treten nun in eine neue, faszinierende Phase der Genomforschung ein“, sagt Myers. Es hat nämlich entscheidende technische Weiterentwicklungen gegeben. Anders als früher ist es inzwischen möglich, auch lange DNA-Stücke mit sehr hoher Genauigkeit zu sequenzieren. „Diese Methode liefert perfekte Genome“, sagt der Forscher.

Myers hat unter anderem das Mausgenom sequenziert und gesehen, dass man sehr viel aus dem Vergleich verschiedener Spezies lernen kann. Er schlägt vor, einen ‚Linné der Genome‘ zu beginnen – nach dem Vorbild des schwedischen Forschers Carl von Linné, der alle Lebewesen systematisch katalogisiert hat. „Wenn wir hochqualitative Genome aller Spezies hätten, könnten wir Gemeinsamkeiten und Unterschiede in den Mustern feststellen und so die molekulare Grundlage des Lebens wirklich verstehen“, sagt Myers.

Auch die Zukunftsvisionen von Hans Lehrach gründen sich auf neuen Technologien, nehmen aber das Individuum in den Fokus. „Mit neuen Maschinen wird es bald möglich sein, für wenige hundert Euro das Genom eines Patienten zu sequenzieren“, sagt er.

Mit Hilfe der immer schnelleren und günstigeren Rechenleistung könnte aus den Genom- und anderen molekularen Daten jedes einzelnen ein Computermodell erstellt werden. Dieses könne die biochemischen Vorgänge im Körper simulieren. „An diesem digitalen Zwilling des Patienten können Wirkung und Nebenwirkungen von Medikamenten oder Therapien gefahrlos getestet werden“, sagt Lehrach. Damit könnten den Gesundheitssystemen Kosten in Milliardenhöhe erspart werden, die momentan durch Probleme mit Nebenwirkungen entstünden: „Diese echt personalisierte Medizin ist die Zukunft“.

Magdalena Nauerth / BA / blk

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