Menschliches ErbgutDer Datensatz des Lebens ist online

Wie wird aus dem Erbgut ein Mensch? Die Antwort steckt im größten Genom-Datensatz aller Zeiten. Er offenbart: Der Großteil der DNA ist doch kein Müll. von 

Das menschliche Genom und damit jegliche vererbbaren Informationen sind in der Doppelhelix des DNA-Moleküls gespeichert.

Das menschliche Genom und damit jegliche vererbbaren Informationen sind in der Doppelhelix des DNA-Moleküls gespeichert.  |  © Eureka

"Heute lernen wir die Sprache, in der Gott das Leben schuf". Dieser Satz fiel am 26. Juni 2000, der ehemalige US-Präsident Bill Clinton sagte ihn. Die mediale Inszenierung war perfekt , kein Vergleich schien zu pathetisch für diesen Erfolg: die Entzifferung des Genoms des Menschen. Bloß war es zu diesem Zeitpunkt längst nicht soweit. Noch klafften riesige Lücken in dem Buch mit der Aufschrift DNA und seinen rund 3,26 Milliarden Buchstaben.

Heute wäre Clintons Satz, mal abgesehen von dem Verweis auf Gott, viel treffender. Denn der Datensatz, den 442 Forscher von allen Kontinenten in den vergangenen fünf Jahren zusammengetragen haben, hilft, den Sinn im Genom zu verstehen; nicht nur sein bloßes Dasein. Wie führen Erbgutschäden zu Krankheiten? Warum wird von zwei Menschen mit identischem Gendefekt nur einer krank? Und letztlich: Wie wird aus dem Erbgut ein Mensch? Die Antworten auf derart große Fragen stehen irgendwo im Lexikon des Lebens – in der Encyclopedia of DNA Elements, kurz Encode . Nun gilt es, sie dem digitalen Daten-Wälzer zu entlocken.

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Vier Millionen Schalter des menschlichen Genoms haben die Wissenschaftler des Encode Projekts entdeckt. Diese winzigen Abschnitte im Genom lenken die Biologie einer Zelle. Sie knipsen Gene an und aus, die die Blaupausen aller Proteine sind. Diese Moleküle steuern nicht nur die Biochemie des Körpers. Organe, Knochen, Muskeln, Haut und Gewebe formen sich, weil Proteine in ihren Zellen das Sagen haben.

"Unser Erbgut steckt voller Aktivität"

"Wir haben nun 80 Prozent aller Erbanlagen einer biologischen Aktivität zugeordnet ," sagt der Leiter von Encode, Ewan Birney. Das ist eine große Überraschung, da lediglich 1,2 Prozent der DNA wirklich in Proteine umgesetzt werden. Lange Zeit dachten Genetiker, dass der überwältigende Rest kaum eine Aufgabe übernimmt. Junk, also Abfall, nennen einige Forscher diesen Teil der DNA daher. 

Encode-Projekt

Im September 2003 gründete das nationale Genomforschungsinstitut der USA (NHGRI) das Wissenschaftlerkonsortium Encyclopedia Of DNA Elements – kurz Encode. Zusammen mit dem European Bioinformatics Institute im britischen Hinxton, das Teil des europäischen Labors für Molekularbiologie (EMBL) ist, führt das öffentlich geförderte Projekt das Humangenomprojekt fort.

Letzteres veröffentlichte im Jahr 2000 eines von zwei weitgehend kompletten menschlichen Erbgutsequenzen. Mehr als ein Jahrzehnt lang hatten Forscher daran gearbeitet. Das Ziel von Encode ist es, Sinn in das entzifferte menschliche Genom zu bringen. Wie funktioniert die DNA, wie lenkt sie die Entwicklung des Körpers, der Organe, des Lebens?

Am Projekt waren rund 442 Wissenschaftlern aus 32 Laboren in Großbritannien, den USA, Spanien, Singapur und Japan beteiligt.

Vorläufige Ergebnisse

Die ersten Ergebnisse von Encode sind nun gleichzeitig in 30 vernetzten, frei zugänglichen Artikeln veröffentlicht worden und sind ab sofort online frei für Forscher verfügbar.

Erstmals scheint klar, dass rund 80 Prozent des Genoms für biologische Funktionen kodieren und sie regulieren. Bislang dachte man, dass ein Großteil des menschlichen Erbguts kaum eine Aufgabe wahrnimmt.

Zudem entdeckten die Encode-Forscher vier Millionen Regionen im Erbgut, die die Biologie des menschlichen Körpers lenken. Sie regulieren Gene, aktivieren oder deaktivieren sie. Sie sind Teil des Schaltplans des menschlichen Lebens.

Mit Encode gibt es zwar noch keine konkreten Antworten, wie sich etwa bestimmte Krankheiten bekämpfen oder gar heilen lassen. Das Projekt liefert aber die Grundlagen für deren künftige Erforschung. Encode offenbart einen gigantischen Datenschatz, den Wissenschaftler wohl noch jahrzehntelang nach Antworten durchforsten werden.

Datenumfang

Die Datensätze, die Encode im Laufe der Jahre generiert hat, sind groß. Auf einen Schlag sind nun 15 Terabytes an Rohdaten öffentlich zugänglich. Das entspricht der Speicherkapazität von 960 Smartphones mit einem üblichen 16-GB-Speicher.

Die bei Encode verwendeten Rechner und Computer mussten für ihre Analyse zusammengenommen 300 Jahre laufen.

Der gesamte veröffentlichte Inhalt von Encode wurde digital vernetzt, damit Leser zusammenhängende Informationen über alle 30 Forschungsartikel hinweg folgen können, bis hin zu den ursprünglichen Daten.

"Unser Erbgut steckt voller Aktivität", sagt Birney jetzt . Hochleistungsrechner und Sequenziergeräte haben 1.640 Datensätze aus allen Teilen des Genoms von 147 Zellarten des Körpers ausgespuckt. Dabei sind noch längst nicht alle funktionalen Bauteile des Erbguts entdeckt. Um die riesigen Mengen an Informationen bändigen zu können, entwickelten Forscher neue Algorithmen und Analysetechniken. Ein gewaltiger Aufwand. "Diese Fundgrube ermöglicht neue Einblicke in die regulierenden Pfade (des Genoms) und zeigt eine ungeheure Anzahl regulierender Elemente", kommentiert Wendy Bickmore von der Universität Edinburgh die Ergebnisse.

"Die Erkenntnisse zwingen zum Umdenken, was die Definition eines Gens anbelangt und der kleinsten Einheit der Vererbung", schreibt auch Joseph Ecker im Magazin Nature , das mit zwei weiteren Journalen insgesamt 30 Studien zu Encode veröffentlicht . Online sind die Daten eigens als Datenbank verknüpft worden, um sie künftig systematisch durchforsten zu können.

Sven Stockrahm
Sven Stockrahm

Sven Stockrahm ist Redakteur im Ressort Wissen bei ZEIT ONLINE. Seine Profilseite finden Sie hier.

Nun steht der Weg offen, den "Schaltplan des Menschen" zu erforschen, sagt Michael Snyder, einer der leitenden Wissenschaftler von Encode. Dieses Schema des Lebens ist dreidimensional. Die DNA windet sich im Zellkern, bildet Schleifen und neue Kontaktstellen. Offenbar keineswegs zufällig. So werden manche Gene von Schaltsequenzen aktiviert oder deaktiviert, die an weit entfernten Stellen im Doppelstrang liegen können. "Ohne Encode hätten wir diese Regionen vielleicht niemals untersucht", sagt Snyder. "Wir verfügen endlich über die nötigen Informationen, um herauszufinden, wie das Netzwerk verbunden ist."

Denn wie das menschliche Genom tatsächlich funktioniert, "verstehen wir leider noch nicht", sagt der Bioinformatiker Birney. Diese Aufgabe könne noch Jahrzehnte beanspruchen. Doch die Entdeckung der "dunklen Materie des Erbguts", wie sie Birney nennt, ist der bislang größte Datenschatz, den die Genomforschung je hervorgebracht hat. Die Zeit simpler Antworten in der Genetik ist damit endgültig vorbei.

Leserkommentare
  1. ...können wir ja endlich anfangen, Gott zu spielen!

    mit solidarischem Gruß
    besorgter_mitbuerger

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    Endlich können wir leidvolle, quälende und peinigende Erbkrankheiten analysieren und verhindern. Ich sehe kein Problem darin.

    "Gott spielen" macht irgendwie keinen Sinn, wenn man den Gott, den man spielt, selbst erfunden hat.

    Letztlich wäre das auch nur eine Form der Evolution - und die kann immer und jederzeit in eine Sackgasse führen.

    Sollten wir uns versehentlich selbst annihilieren, hätten wir immerhin mit Glanz und Gloria bewiesen, daß wir nie die Krone der Schöpfung waren. Das wäre doch auch mal was.

    Aber erstmal soll ja nur die Forschung an Erbkrankheiten intensiviert werden. Das dauert, also besteht noch kein Anlaß das baldige Ende der Menschheit zu verkünden.

    ...werter besorgert_mitbuerger.
    Wissen und Fortbildung sind schlecht und führen nur zu Missbrauch und anderen schrecklichen Dingen. Man sollte sämtliche Forschung umgehend einstellen.

    Sollte es einen Gott geben, so wird es ihm gefallen. Es gibt ja genug Krankheiten für Nachbesserungen an seinem Projekt Mensch.

    Warum nicht. Haben ihn ja auch erfunden, also ist das wohl nich weiter wild.

    • Nero11
    • 09. Oktober 2012 11:53 Uhr

    Unglaublich, was für Zeitgenossen es heutzutage unter uns gibt. Den Titel lesen und einen Kommentar abgeben. Schön, mehr Leute wie Sie brauchen wir sicher nicht.

  2. Selbst wenn man alle Zusammenhänge gefunden hat, könnte das kein Mensch "komplett" nachvollziehen.
    Die Genetik wird die gleiche Spezialisierung durchmachen wie die Medizin.
    So wie es Zahnärzte, Augenärzte, Hautärzte gibt, gibt's irgendwann Ernährungsgenetiker, Neurogenetiker, Entwicklungsgenetiker, Immungenetiker und natürlich auch Allgemeingenetiker.

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    und natürlich auch Sexualgenetiker ;)

    Spannend, dass das was noch vor kurzem als überflüssiger, im Verlauf der Evolution angesammelter Müll (Junk-DNA) bezeichnet wurde doch informationen enthält. Wie in Beitrag 2 beschrieben ist es vermutlich zu komplex für diese Berufsgruppe.
    Ammüsant, dass der Mensch zu doof ist sein eigenes DNA-Programm zu verstehen. Zum Glück konnten die Forscher das, was sie als "junk" identifizierten nicht wegwerfen ;)

  3. und natürlich auch Sexualgenetiker ;)

  4. Spannend, dass das was noch vor kurzem als überflüssiger, im Verlauf der Evolution angesammelter Müll (Junk-DNA) bezeichnet wurde doch informationen enthält. Wie in Beitrag 2 beschrieben ist es vermutlich zu komplex für diese Berufsgruppe.
    Ammüsant, dass der Mensch zu doof ist sein eigenes DNA-Programm zu verstehen. Zum Glück konnten die Forscher das, was sie als "junk" identifizierten nicht wegwerfen ;)

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    • rosalix
    • 03. November 2012 9:22 Uhr

    "Junk" im Erbgut! Klar das Hirn besteht eben auch aus der berühmten "grauen Masse" die für nix gut ist, genauso wie das All natürlich zum größten Teil aus "dunkler Materie" besteht.
    Da hat es die Religion einfacher, sie besteht wenigstens größtenteils aus ritualisiertem Nichtwissen!

  5. "Das Humangenomprojekt, dass zu Beginn des Jahrtausends eben solchen Menschheitsträumen vorgriff, hat viele enttäuscht zurückgelassen."

    Na klar, es ist ja auch so gut wie nichts dabei heraus gekommen, was dieser Artikel auch bestätigt. War auch nicht anders zu erwarten. Entscheidend ist doch warum die DNA wann und aus welchen Gründen an einer bestimmten Stelle ausgelesen wird und wo die entstandenen Proteine dann hingebracht werden. Schlicht gesagt die Steuerung ist völlig unklar.

    Man stelle sich vor ein paar Marsbewohner würden die komplette Teileliste eines VW-Golfs bekommen. Würden sie verstehen, wie das Auto funktioniert?

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    Kommt auf den IQ der Marsbewohner an - bei eventuell erhofften einzellern erübrigt sich jede Diskussion :):)
    Ok spass bei seite - sehr gutes Beispiel, hat mir gefallen.

    @certificate aktueller Stand des wissens und die Logik.
    Die Logikt diktierte auch den Forschern vor einigen jahren, dass natürlich unheimlich viel Junk in der DNA sein müsse, da wir ja seit Mio. von Jahren ständigen Mutationen und Selektionen ausgesetzt waren.
    Nicht alles was in sich logisch ist muss eben wahr sein ;)

  6. ...weil es die Logik verbietet-nämlich, dass angebl. mehr als 90 Prozent des menschlichen Erbguts nutzlos sein soll, konnten nun auch die Forscher bestätigen. MENSCHLICHES ERBGUT IST NICHT NUTZLOS. LOL

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    Es lohnt sich mit Bruce Lipton zu beschäftigen.
    Umweltsignale, nicht die DNA, bewirken, dass Proteine in der Zelle ihre Form verändern und die dabei entstehenden Bewegungen erzeugen die Funktion des Lebens. Im Gegensatz zu dem, was Sie bisher angenommen haben sitzt das "Gehirn" der Zelle nicht in den Genen. Die Wahrnehmung steuert das Verhalten. Protein-Schalter in der Zellmembran reagieren auf Umweltsignale, indem sie die Zellfunktionen und das Zellverhalten steuern. Die DNA ist die Blaupause zum Aufbau der Proteine. Auch ohne Zellkern (DNA) bleibt die Zelle noch einige Zeit voll arbeitsfähig. Nur Zellteilung ist nicht mehr möglich.

    Weil sie sich eben nicht mit spekulationen zufrieden geben können.

    Sie stellen Wissenschaftler als der Logik unfähig dar. Dabei gründet sich die Idee ihrer "99.99% der Menschen", der Großteil der DNA sei nicht nutzlos ist schon selbst auf wissenschaftliche Erkenntnisse, und wäre ohne Wissenschaft nie zustande gekommen.

    Zunächst musste erst das Erbgut lokalisiert, die chemische Struktur der DNA gefunden, der Transkriptionsvorgang entdeckt, unzählige menschliche Proteine katalogisiert und schließlich die menschliche DNA sequenziert werden. Eine unglaubliche Leistung. Dann erst kam man zu dem Schluss, dass nur 1.2% des Erbguts Proteinen zuordnenbar sind und dann erst ergab sich die Gelegenheit für alle Besserwisser dieser Welt, es besser zu wissen als die Wissensschaftler.

    Lächerlich.

  7. Endlich können wir leidvolle, quälende und peinigende Erbkrankheiten analysieren und verhindern. Ich sehe kein Problem darin.

    Antwort auf "Na dann..."
    • raffix
    • 05. September 2012 20:37 Uhr

    Um auf Ihr Argument eingehen zu können, wäre erstmal zu klären, ob es Gott überhaupt gibt. Und sollte es ihn geben, warum sollte es ihn stören, wenn wir unsere eigene DNS verändern?!
    Mir leuchtet das nicht ein. Bei allem möglichen, was die Menschheit erfunden und entdeckt hat, wurde gewarnt und bis jetzt hat jede Technik immer sowohl ihre schlechten als auch ihre guten Seiten hervorgebracht.
    Nicht das Wissen oder die Technik ist gefährlich, sondern nur was der Mensch daraus macht.
    Aber Gefahr bedeutet eben auch Chance.

    Sollte man wissenschaftliches Arbeiten unterlassen, bloß weil es gefährlich sein könnte?! NEIN, natürlich nicht. Siehe CERN: Hätten die besorgten Bürger Recht bekommen und den Beschleuniger tatsächlich abschalten lassen bloß weil sie Angst hatten vor einem schwarzen Loch, wären wir heute immer noch nicht weiter. Und? Kam ein schwarzes Loch, das die Erde verschlungen hat?!
    Ich kann diese Panikmache nicht begreifen, auch im Bereich der Genetik nicht.

    "Hilfe! Die Welt wird untergehen!" Bloß weil der Mensch anfängt, Gensequenzen zu verändern oder (hier in diesem Fall) nur zu verstehen. "Hilfe! Hier wird ein Beschleuniger eingeschalten. Es wird ein schwarzes Loch kommen."
    Langsam werden diese Warnungen nur noch langweilig.
    Es gibt keinen Grund besorgt zu sein. Der Mensch wird wie mit jeder Technik schlimme Sachen, aber auch wundervolle Dinge vollbringen. Das war schon immer so...

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    Ich finde Ihre Argumentationskette recht schwachbrüstig.
    Ist irgendwann einmal in der Geschichte der Menschheit die Erforschung unbekannter Dinge und die Entwicklung neuer Technologien aufgrund von Ängsten komplett eingestellt worden? Nicht dass ich wüßte. Also. Und natürlich stimmt Ihnen fast jeder zu, dass nicht das Wissen oder die Technik an sich, sondern allein der Faktor Mensch das Risiko darstellt. Aber genau darum geht es ja: Zum einen sind Menschen begrenzt in ihrer Möglichkeit der Abschätzung von Risiken. Zum anderen gibt es Menschen, denen soziale Verantwortlichkeit fehlt und die neue Technologien zum Schaden anderer Menschen einsetzen würden. Dabei hängt die Größe des möglichen Schadens von der Art der Technologie ab.
    Deshalb kann ich Ihrem Satz "Es gibt keinen Grund besorgt zu sein. Der Mensch wird wie mit jeder Technik schlimme Sachen, aber auch wundervolle Dinge vollbringen" nichts abgewinnen. Je größer das mögliche Schadenspotenzial einer Technologie, desto stärker muss sie beobachtet, reglementiert und kontrolliert werden. Ich halte es nämlich nicht für so beruhigend oder normal wie Sie, dass Menschen mit sehr riskanten Technologien "schlimme Sachen" machen.

    Ihre Argumentation ist falsch.

    Vielleicht hilft ja diese kleine Denkanregung:

    A: Morgen geht die Welt unter!
    B: Auf keinen Fall! Wollen wir wetten?

    " wäre erstmal zu klären, ob es Gott überhaupt gibt."

    Das ist noch nicht geklärt?! Dann aber schnell ran! Aber bitte berücksichtigen, dass Gott zu groß ist für den menschlichen Verstand. Die Entdeckung, um die es in diesem Artikel geht, macht das nämlich überdeutlich.
    Das einzige, was rauskommen wird, wenn man Gott dann doch wegdenkt oder sogar wegerklärt hat, ist, dass der Mensch dann Gott ist.
    Solche Entdeckungen wie die in diesem Artikel beschriebene zeigen aber, dass Gott nicht schuld ist, wenn der Mensch ihn nicht beachtet.

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  • Quelle ZEIT ONLINE
  • Schlagworte Bill Clinton | DNA | Demenz | Erbgut | Fettleibigkeit | Gendefekt
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