99,9 Prozent unserer Gene sind mit denen unserer Mitmenschen identisch – so jedenfalls dachte man bisher. Doch jetzt hat eine neue Studie gezeigt, dass mindestens zehn Prozent der menschlichen Gene sich in der Anzahl der darin enthaltenen Kopien von DNA-Sequenzen unterscheiden. Diese jetzt in „Nature“ veröffentlichte Entdeckung könnte einige bisherige Annahmen über Erbkrankheiten und die menschliche Evolution entscheidend verändern.
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Ausgangspunkt der Studie von Stephen W. Scherer und seinen Kollegen vom Howard Hughes Medical Institute (HHMI) war der Vergleich der beiden bisher existierenden Genkarten des Menschen – eine zusammengestellt von Craig Venter und seiner Firma Celera Genomics, die andere vom Human Genom Projekt. Die Forscher entdeckten prompt Tausende von Unterschieden. „Andere haben die beiden Gensequenzen auch schon verglichen“, erklärt Scherer, „aber sie entdeckten so viele Unterschiede, dass sie diese als Fehler in der Entschlüsselung werteten. Sie konnten einfach nicht glauben, dass sie möglicherweise nur Varianten zwischen den analysierten Genquellen gefunden hatten.“
Suche nach Kopiervarianten
Um sich ein besseres Bild machen zu können, verglichen die Forscher die DNA von 270 Menschen mit asiatischen, afrikanischen und europäischen Vorfahren, die bereits in der Datenbank „HapMap“ erfasst waren. Scherers Team suchte gezielt nach duplizierten oder verloren gegangenen Genbruchstücken, so genannten „copy number variations“ (CNVs). Mithilfe einer speziellen Scanning-Technik konnte sie bereits Unterschiede erfassen, die nur rund 1.000 Nukleotide (Basenpaare) lang waren. Ein Nukleotid ist der Grundbaustein der DNA, ihre Abfolge bestimmt die „Botschaft“ des genetischen Codes. Das menschliche Genom besteht wahrscheinlich aus rund drei Milliarden Basenpaaren.
Die Wissenschaftler entdeckten im Durchschnitt rund 70 solcher Unterschiede in der Kopienzahl in einem Umfang von etwa 250.000 Nukleotiden in jeder DNA-Probe. Insgesamt kam Scherer auf 1.447 verschiedene Kopiervarianten, die zusammen immerhin rund zwölf Prozent des menschlichen Genoms ausmachen – weitaus mehr als bisher angenommen. Die Veränderungen waren jedoch nicht nur häufig, sie waren teilweise auch sehr groß. „Wir fanden fehlende DNA-Stücke von teilweise einer Million Basenpaaren Länge“, erklärt Scherer. „Wir dachten immer, wenn man so große Genveränderungen hat, müssen diese mit einer Krankheit zusammen hängen. Aber wir zeigen jetzt, dass wir alle diese Veränderungen haben können.“
Neuer Blick auf genetisch bedingte Krankheiten…
Die gefundenen Unterschiede können die Genaktivität und damit letztlich auch die Funktion eines gesamten Organismus beeinflussen. In der gleichen Nature-Ausgabe kommentiert Huntington F. Willard, Leiter des Instituts für Gen- und Wissenschaftsstudien an der Duke Universität: „Die Bühne ist bereit für globale Studien, die erneut die klinische Signifikanz der menschlichen Variation erforschen.“
…aber auch die Evolutionsforschung
Die Entdeckung dieser großen genetischen Variationsbreite innerhalb der menschlichen Population eröffnet einen ganz neuen Blick auch auf die Erforschung von genetisch bedingten Krankheiten. In der Regel fokussieren sich die bisherigen Studien auf kleine Veränderungen im Genom, so genannten single nucleotide polymorphisms (SNPs). Nach Ansicht von Scherer könnte es jedoch sein, dass einige Krankheiten nicht durch solche einzelnen Veränderungen ausgelöst werden, sondern eher durch die Kopienvariationen. Tatsächlich haben die Forscher bereits Zusammenhänge solcher Variationen mit bestimmten Nierenerkrankungen, Parkinson, Alzheimer und auch der Anfälligkeit für Aids herstellen können.
Doch auch für das Verständnis der menschlichen Evolution hat die neue Erkenntnis Auswirkungen: „Bis jetzt lag unser Schwerpunkt in der Evolutionsforschung entweder auf kleinen SNP-Änderungen oder aber größeren chromosomalen Unterschieden, die man unter dem Mikroskop erkennen kann“, erklärt Scherer. „Aber jetzt ist eine ganze neue Klasse von mittelgroßen Varianten, die Millionen von Nukleotiden umfassen, in das Blickfeld gerückt.“ Noch allerdings stehen die Forscher erst am Beginn dieser neuen Entwicklungen. Welche Auswirkungen dies zukünftig einmal haben könnte – auch für personalisierte Gentests – weiß noch niemand.
(Howard Hughes Medical Institute, 23.11.2006 – NPO)
