Mehr als zwei Jahrzehnte, nachdem der Entwurf des menschlichen Genoms als wissenschaftlicher Meilenstein gefeiert wurde, haben die Wissenschaftler endlich ihre Arbeit beendet. Die erste vollständige, lückenlose Sequenz eines menschlichen Genoms wurde in einem Vorschuss veröffentlicht, von dem erwartet wird, dass er den Weg für neue Erkenntnisse über die Gesundheit und das, was unsere Spezies einzigartig macht, ebnen wird.
Dr. Karen Miga, Wissenschaftlerin an der University of California, Santa Cruz, die das internationale Konsortium hinter dem Projekt mitleitete, sagte: „Diese Teile des menschlichen Genoms, die wir seit mehr als 20 Jahren nicht untersuchen konnten, sind wichtig zu unserem Verständnis der Funktionsweise des Genoms, genetischer Krankheiten und der menschlichen Vielfalt und Evolution.“
Bisher fehlten etwa 8 % des menschlichen Genoms, einschließlich großer Abschnitte sich stark wiederholender Sequenzen, die manchmal als „Junk-DNA“ bezeichnet werden. In Wirklichkeit wurden diese wiederholten Abschnitte jedoch eher aufgrund technischer Schwierigkeiten bei der Sequenzierung als wegen mangelnden Interesses weggelassen.
Ein Genom zu sequenzieren ist so etwas wie ein Buch in Textschnipsel zu zerlegen und dann zu versuchen, das Buch zu rekonstruieren, indem man sie wieder zusammensetzt. Textabschnitte, die viele gebräuchliche oder sich wiederholende Wörter und Sätze enthalten, lassen sich schwerer an der richtigen Stelle platzieren als einzigartigere Textabschnitte. Neue „Long-Read“-Sequenzierungstechniken, die große DNA-Stücke auf einmal entschlüsseln – genug, um viele Wiederholungen zu erfassen – halfen, diese Hürde zu überwinden.
Wissenschaftler konnten das Rätsel weiter vereinfachen, indem sie einen ungewöhnlichen Zelltyp verwendeten, der nur vom Vater geerbte DNA enthält (die meisten Zellen im Körper enthalten zwei Genome – eines von jedem Elternteil). Zusammen ermöglichten diese beiden Fortschritte es ihnen, die mehr als 3 Milliarden Buchstaben zu entschlüsseln, aus denen das menschliche Genom besteht.
„In Zukunft werden wir, wenn jemand sein Genom sequenziert hat, in der Lage sein, alle Varianten in seiner DNA zu identifizieren und diese Informationen zu nutzen, um seine Gesundheitsversorgung besser zu steuern“, sagte Dr. Adam Phillippy vom National Human Genome Research Institute in Maryland und Co-Vorsitzender des Konsortiums. „Die menschliche Genomsequenz wirklich fertigzustellen, war wie das Aufsetzen einer neuen Brille. Jetzt, wo wir alles klar sehen können, sind wir dem Verständnis, was das alles bedeutet, einen Schritt näher gekommen.“
Ein interessanter Bereich ist, dass die Teile des Genoms mit vielen wiederholten Abschnitten diejenigen umfassen, in denen die meisten menschlichen genetischen Variationen gefunden werden. Die Variabilität innerhalb dieser Regionen kann auch entscheidende Hinweise darauf liefern, wie unsere menschlichen Vorfahren schnelle evolutionäre Veränderungen durchmachten, die zu komplexerer Kognition führten.
Die Arbeit wird wahrscheinlich auch zu einem besseren Verständnis der rätselhaften Komponenten des Genoms führen, die als Zentromere bekannt sind. Sie sind dichte DNA-Bündel, die Chromosomen zusammenhalten und eine Rolle bei der Zellteilung spielen, aber bisher als nicht kartierbar galten, weil sie Tausende von DNA-Sequenzen enthalten, die sich immer wieder wiederholen.
Die Wissenschaft hinter den Sequenzierungsbemühungen und einige erste Analysen der neuen Genomregionen werden in sechs in der Zeitschrift veröffentlichten Artikeln skizziert Wissenschaft.
„Wenn wir diese neuen Teile des Genoms öffnen, glauben wir, dass es genetische Variationen geben wird, die zu vielen verschiedenen Merkmalen und Krankheitsrisiken beitragen“, sagte Rajiv McCoy von der Johns Hopkins University und Teilnehmer des Telomere to Telomere (T2T)-Konsortiums. „Es gibt da einen Aspekt, der so aussieht, wir wissen noch nicht, was wir nicht wissen.“