Erbgut-Daten : "Das Genom ist ein Dschungel voll seltsamer Kreaturen"

Es ist das größte Open-Access-Projekt der Genetik. 442 Forscher haben das Erbgut so genau wie nie untersucht. Das ist ein ungeheurer Schatz, sagt Chef-Forscher Birney.

ZEIT ONLINE: Das Humangenomprojekt hat schon vor zehn Jahren unser Genom entziffert und die menschlichen Gene erkundet. Jetzt haben Sie und 442 Kollegen noch mal fünf Jahre daran gearbeitet. Wieso eigentlich?

Ewan Birney: Es gehörte tatsächlich zu unseren Aufgaben, die Suche nach den Genen zu Ende zu führen, auch wenn viele Leute denken, das sei längst geschehen. Doch die Gene machen nur einen winzigen Teilt der Erbinformation aus. Das große Ziel von Encode (Encyclopedia of DNA Elements) war, herauszufinden, wofür der ganze Rest des Genoms eigentlich gut ist – all die nicht kodierende DNA, die man abschätzig Junk nannte.

ZEIT ONLINE: Sie scheinen einiges entdeckt zu haben…

Birney: Wir haben mindestens 40 Veröffentlichungen in drei Fachjournalen auf einen Schlag online gestellt . Dreißig von denen sind durch eine Matrix verlinkt, sodass Leser jeden Aspekt quer verfolgen können. Das hat es noch nie gegeben.

ZEIT ONLINE: Und was haben Sie nun im Genom gefunden?

Birney: Es steckt voller Überraschungen. Es geht dort viel mehr vor sich, als wir je erwartet haben. Das Erbgut ist voller Aktivität .

ZEIT ONLINE: Also müssen wir die Idee beerdigen, dass unser Genom zum größten Teil aus Müll besteht?

Birney: So ist es. Junk-DNA war nie eine besonders treffende Metapher, wenn sie mich fragen. Die dunkle Materie des Erbguts finde ich viel besser.

ZEIT ONLINE: Und wie viel dunkle Materie ist nach Encode im Erbgut noch übrig?

Birney: Man kann nicht sagen: Also diesen Teil verstehen wir, jenen Teil nicht. Es gibt zu viele Funktionsebenen im Genom. Ganz einfach gesagt haben wir nun 80 Prozent der gesamten Erbanlagen einer biologischen Aktivität zugeordnet. Davon kodieren 1,2 Prozent für all die Eiweiße des Körpers, aber weitere 20 Prozent dienen der Steuerung dieser Gene.

ZEIT ONLINE: Verstehen wir denn nun, wie das Erbgut funktioniert? 

Birney: Leider nicht. Ich wünschte, das wäre so.

Ewan Birney

Der Bioinformatiker ist stellvertretender Direktor des European Bioinformatics Institute im britischen Hinxton, das Teil des europäischen Labors für Molekularbiologie (EMBL) ist. Birney koordinierte die Datenanalysen des Encode-Projekts.

ZEIT ONLINE: Aber wir haben eine Art Schaltplan für unser Erbgut vor Augen?

Birney: Das ist eine ganz gute Analogie. Nur man kann wirklich nicht sagen, das unsere Genom sauber und ordentlich aussieht. Welch unerforschter Wildnis wir da begegnet sind! Es ist ein Dschungel voll seltsamer Kreaturen. Es ist kaum zu fassen, wie dicht das Erbgut mit Information gepackt ist. Wir sind jetzt in der Situation eines Elektrikers, der in einem alten Haus die Elektrik kontrollieren soll. Und er stellt fest: Alle Wände, Decken und Böden sind mit Lichtschaltern gepflastert. Wir müssen herausfinden, wie all diese Schalter mit Licht, Heizung und den Geräten in den Zimmern verbunden sind.

ZEIT ONLINE: Und was tun die genetischen Schalter in unserem Körper?

Birney: Nehmen Sie Zellen der Haarwurzel. Die aktivieren Gene, die für die farbigen Karotine zuständig sind. Leberzellen bilden dagegen zum Beispiel ein Enzym, das Alkohol abbaut...

ZEIT ONLINE: ... hoffentlich.

Der Datensatz des Lebens ist online, doch was bedeutet das? © Eureka

Birney: Ja. Wir haben immer gewusst, dass die Unterschiede zwischen Zellen verschiedener Organe und Gewebe durch die Stellung der genetischen Schalter bestimmt werden. Was wir nicht ahnten: Das Genom ist voll von ihnen, wir haben vier Millionen Schalter entdeckt, an denen Gene gesteuert werden. Man nennt sie Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen – Kontaktpunkte zwischen DNA und Steuerproteinen.

ZEIT ONLINE: Und wie viele Zellarten haben sie angesehen?

Birney: Untersucht haben wir gut 100 dieser Steuerproteine in 147 Zellarten des Menschen, wir denken aber, das es etwa 2.000 dieser regulierenden Proteine und etwa 1.000 Zelltypen beim Menschen gibt.

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Kommentare

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Wieviel science und wieviel hype?

Auf seinem blog schreibt Herr Birney: "A conservative estimate of our expected coverage of exons + specific DNA:protein contacts gives us 18%, easily further justified (given our sampling) to 20%" und "We use the bigger number because it brings home the impact of this work to a much wider audience. But we are in fact using an accurate, well-defined figure when we say that 80% of the genome has specific biological activity." Dabei wurde "funktional" wenig strickt definiert, z.B. wird die Bindung eines Faktors an ein DNA-Fragment als Hinweis auf Funktionalität gewertet. Ob dabei die neben den spezifischen Bindungseigenschaften jedem DNA-bindenden Protein grundsätzlich innewohnende unspezifischen Bindungseigenschaften hinreichend berücksichtigt wurden, bleibt unklar. Die "dark matter transcripts" wurden von anderen Arbeitsgruppen als methodenbedingte Artefakte kritisiert und experimentell zumindest deutlich in Frage gestellt. Daneben spricht gegen Funktionen der Mehrheit von Junk-DNAs die Tatsache, dass ein Säugetier nicht mehr als 30.000 Gene (funktionale DNA-Abschnitte) aufweisen kann, weil sich sonst schädliche Muationen in einem Maße in der Population anreichern würden, dass ein Überleben der Spezies nicht möglich wäre. Dies ist seit den 70er Jahren bekanntes Wissen, das aber leider im Zuge des Humangenomprojektes verloren ging. ENCODE bietet sicherlich interessante Daten, aber zumindest die Schlüsse bezüglich Junk-DNA erscheinen fragwürdig.