7. April 2022 – Während Wissenschaftler die Zusammenstellung der letzten Teile des menschlichen Genoms feiern – eine jahrzehntelange große Errungenschaft – fragen sich die anderen, was dieser Durchbruch für unsere eigene Gesundheit und unser Wohlbefinden bedeuten könnte.
Experten zufolge werden aus dieser neuen Forschung Fortschritte bei der Diagnose und Behandlung von Krebs, Entwicklungsstörungen, Unfruchtbarkeit und vielen Krankheiten erwartet, die durch genetische Veränderungen verursacht werden.
„Halleluja. Wir haben endlich ein menschliches Genom fertiggestellt. Dies ist der Beginn einer Transformation, nicht nur für die Genomforschung, sondern auch für die klinische Medizin“, sagte Evan Eichler, PhD, der bei einer vom National Human Genome Research Institute gesponserten Medienkonferenz sprach.
“Dies wird erhebliche Auswirkungen auf die Grundlagenforschung und die Entwicklung der klinischen Genomik haben”, sagte Karen Miga, PhD, Direktorin des Miga Lab an der University of California, Santa Cruz.
Miga ist ein weiterer leitender Ermittler, der an der Forschung beteiligt ist Telomere-to-Telomere (T2T)-Konsortium, das Hunderte von Forschern für das Projekt zusammenbrachte. Der Name T2T ist sinnvoll, weil Telomere die Endkappen von DNA-Strängen sind und die Kartierung des gesamten menschlichen Genoms bedeutet, unsere Gene von einem Ende zum anderen anzuordnen.
Neben der Kartierung neuer Segmente dieser Bausteine des menschlichen Körpers entdeckten die Forscher auch DNA-Segmente in Zentromeren. Zentromere befinden sich dort, wo Arme der Chromosomen in der Mitte eingeklemmt sind, um eine „X“-Form zu bilden.
Die Zentromer-Gene sind „jedes Mal wichtig, wenn sich unsere Zellen teilen und mit Krebs, Entwicklungsproblemen und Unfruchtbarkeit in Verbindung gebracht werden“, sagte Miga.
Krankheiten wie Krebs oder das Down-Syndrom seien mit diesen Bereichen des Genoms verbunden, sagte Eichler, ein leitender Autor einiger der Forschung als fünf Studien gleichzeitig in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.
Aufgrund des technologischen Fortschritts können Wissenschaftler jetzt erstmals längere Regionen des Genoms zusammensetzen, die viele sich wiederholende, ähnliche Abschnitte enthalten. Einer der Forscher, Michael Schatz, PhD, teilte eine Analogie. Vor fast 2 Jahrzehnten war es, als würde man ein 1.000-teiliges Puzzle zusammensetzen, bei dem viele Teile gleich aussahen, z. B. nur blauer Himmel. Jetzt, da längere DNA-Sequenzen kartiert werden können, ist es eher so, als würde man ein Kleinkindpuzzle aus riesigen Teilen zusammensetzen, die den blauen Himmel, Wolken und Berge zeigen.
Auf die Frage, wann die neuen Genominformationen verwendet werden, um die Medizin zu leiten, “es passiert bereits”, sagte Schatz, Professor für Informatik und Biologie an der Johns Hopkins University in Baltimore, während des Briefings.
Zu wissen, welche Variante Sie in Genen haben, die Sie von Ihren Eltern geerbt haben, und welche Varianten im Krebs vorkommen, „ist unglaublich wichtig für die Behandlung“, sagte er. „Bei Brustkrebs zum Beispiel erhalten Sie je nach den beteiligten Mutationen möglicherweise eine Chemotherapie gegenüber einer anderen.“
„Wir sehen dies also bereits bei Krebs und anderen Krankheiten mit starken genetischen Komponenten“, sagte Schatz.
„Es wird auch eine Zukunft geben, in der unsere Sequenzen unsere Gespräche mit Gesundheitsdienstleistern tiefgreifend informieren und uns dabei helfen, mehr Wissen über unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden zu erlangen“, sagte Eric Green, MD, PhD, Direktor des National Human Genome Research Institute .
Kontrastieren und vergleichen
Eine vollständige Karte eines menschlichen Genoms zu haben, bedeutet, dass es als Referenz verwendet und mit anderen verglichen werden kann.
„Einer der großen Hinweise, die wir darüber haben, welche Gene und Varianten klinisch relevant sind, ist ein wirklich einfaches experimentelles Design. Wir nehmen Tausende von Menschen, die eine Krankheit haben, und Tausende von Menschen, die die Krankheit nicht haben, und durchsuchen systematisch ihre Genome, “, sagte Schatz.
Der nächste Schritt sei herauszufinden, ob Menschen mit der Krankheit mit größerer oder geringerer Wahrscheinlichkeit bestimmte Variationen aufweisen, sagte Schatz. Der Erfolg hängt wirklich davon ab, einen vollständigen, umfassenden und genauen Überblick über die Variationen zu haben, sagte er.
„Anhand dieses neuen vollständigen Genoms als Referenz wird es nun möglich sein zu verstehen, wie Variationen in diesen technisch anspruchsvollen Sequenzen zu menschlichen Merkmalen und Krankheiten beitragen und wie sie durch die Kräfte der Evolution im Laufe der Menschheitsgeschichte geformt wurden“, sagte Rajiv McCoy, PhD.
Mehr Gehirne bitte
Neuere Technologien, die es Ermittlern ermöglichen, längere DNA-Segmente zu untersuchen, bringen neue Erkenntnisse, auch für Menschen mit Brustkrebs.
„Wir finden Varianten, die noch nie zuvor gesehen wurden“, sagte Schatz. „Ich kann jetzt nicht sagen, dass diese neuen Varianten kausal sind … aber die Tatsache, dass es neue Varianten gibt, die nur mit dieser neuen Technologie zugänglich sind, ist für mich einfach sehr aufregend.“
Trotz der potenziellen Fortschritte in der klinischen Medizin „ist für mich am interessantesten, dass diese Regionen Gene tragen, die uns zu einzigartigen Menschen machen“, sagte Eichler. Etwa die Hälfte der Gene, die uns ein größeres Gehirn als die Menschenaffen verleihen, stammen beispielsweise aus diesen Regionen, sagte er.
Vielfalt ist die Würze des Lebens?
Auch wenn 8 % wie ein kleiner Prozentsatz klingen mögen, sagte Schatz, als er und seine Kollegen 3.202 Genome mit dieser neuen Referenzkarte verglichen, entdeckten sie mehr als 1 Million weitere Varianten.
„Jetzt, wo wir das erste menschliche Genom vollständig sequenziert haben und mit den nächsten 100 beginnen, sehen wir allmählich unglaubliche Variationen … und Variationen, die weitgehend unerwartet waren“, sagte Eichler.
Die früheste Anwendung wird sein, dass es weniger Fehler in aktuellen klinischen Gentests und Forschungen geben wird, sagte McCoy, Assistenzprofessor für Biologie an der Johns Hopkins University.
Weiter unten sagte McCoy: „Es ist wahrscheinlich, dass Wissenschaftler genetische Variationen identifizieren werden, die sowohl zu seltenen als auch zu häufigen Krankheiten in einigen dieser zuvor verborgenen Regionen beitragen, was den Weg für neue Diagnostika und Therapien ebnen könnte.“
Eintauchen in die menschliche Vielfalt
Wissenschaftler planen außerdem, Hunderte von Genomen von Menschen aus verschiedenen Populationen auf der ganzen Welt durch das Human Pangenome Reference Consortium zu sequenzieren. Ein Ziel ist es, diese Genome mit Referenzgenomen zu vergleichen, um die menschliche Vielfalt besser zu verstehen.
„Diese Leistung wird auch offene und bedeutungsvolle Gespräche über gesundheitliche Chancengleichheit und Zugang sowie darüber führen, wie weiterhin genomische Ressourcen aufgebaut werden können, die frei von Voreingenommenheit und Unterrepräsentation sind“, sagte Green. In der Vergangenheit wurden genetische Studien dafür kritisiert, dass sie die Weltbevölkerung nicht repräsentieren.
“Obwohl die Möglichkeiten grenzenlos sind, gibt es noch viel zu tun für eine Zukunft, in der die Vorteile der Telomer-zu-Telomer-Sequenzierung verfügbar und für alle zugänglich sind”, fügte Green hinzu
Vorwärts gehen
Der Zeitplan für andere Möglichkeiten, wie die Errungenschaft auf die Medizin angewendet wird, ist schwer vorherzusagen, sagte McCoy, aber sie liegt „wahrscheinlich in der Größenordnung der nächsten ein oder zwei Jahre“.
Green fügte hinzu: „Das Spannende, was ich darin sehe, wie dies mit der Gesundheit in Verbindung gebracht werden kann, ist diese Zukunft der Medizin, in der wir glauben, dass eines Tages – und das beginnt bereits – Ärzte die Genomsequenzen verwenden werden, um die medizinische Versorgung ihrer Patienten anzupassen. “
Dies sei ein erster Schritt, um den Ärzten eine „vollständige Blaupausenansicht der Patienten“ zu geben, sagte er.
Innerhalb von 10 Jahren „möchte ich dies als einen routinemäßigen Test unter 1.000 US-Dollar sehen, bei dem Sie in eine Klinik gehen und Ihr gesamtes Genom sequenzieren lassen können, um diese Präzisionsmedizin zu ermöglichen“, sagte Adam Phillippy, PhD, Leiter des National Human Genome Abteilung für Genominformatik des Forschungsinstituts.
Ziel ist es, die Gene nicht nur zu katalogisieren, sondern ihre Funktion zu untersuchen.
„Indem wir die Genomtechnologie in diesen neuen Bereich einführen und versuchen herauszufinden, wie sie bei Gesundheit und Krankheit reguliert werden, ist das ein wirklich wichtiger nächster Schritt“, sagte Miga.
„Solange die Menschen über die DNA und ihre Bedeutung Bescheid wissen, gibt es diese Sehnsucht danach, die vollständige Gensequenz zu kennen, und jetzt haben wir sie für ein einzelnes Genom“, sagte Schatz.
Die Gesamtwirkung gehe über den Menschen hinaus auf alles Leben auf der Erde, fügte er hinzu.
„Ich bin einfach so unglaublich begeistert von den Anwendungen in der menschlichen Gesundheit, dem Verständnis von Populationen, dem sehr breiten Blick über den Baum des Lebens auf alle Pflanzen, Tiere, Viren, Pilze – alles auf dem Planeten.“