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Dienstag, 28.06.2016
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Erste Karte der individuellen menschlichen Genvariationen

Anzahl der Genkopien gibt Aufschluss über Unterschiede, Krankheitsauslöser und Änderungen in der Menschheitsgeschichte

Zum ersten Mal haben Wissenschaftler eine Karte erstellt, die die Orte individueller genetischer Variationen im menschlichen Genom zeigt. Die jetzt in „Nature“ vorgestellte Analyse der so genannten „Copy Number Variations“ gibt damit Aufschluss über die Faktoren, die unter anderem unsere individuellen Unterschiede verursachen, zeigen aber auch potenzielle Krankheitsauslöser.
DNA

DNA

Jeder Mensch erhält zwei Kopien seiner DNA – eine von der Mutter, eine vom Vater. Einige Regionen des Erbguts existieren jedoch nicht nur doppelt, sondern liegen auf einem DNA-Strang gleich in mehrfachen Kopien vor oder werden im Verlauf der Entwicklung gelöscht. Diese „Copy Number Variations“ (CNV) sind bei jedem Menschen unterschiedlich und charakterisieren daher das Individuum. Beim Menschen sind bisher Menschen mehr als 1.400 bekannt, einige von ihnen spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Krankheiten.

42 Millionen Genorte analysiert


Matthew Hurles vom Wellcome Trust Sanger Institute in Cambridge und Stephen Scherer vom Hospital for Sick Children in Toronto haben nun gemeinsam mit Kollegen die erste umfassende Karte dieser CNVs im menschlichen Genom erstellt. Die Basis dafür bildeten Genproben von 40 Individuen europäischer, afrikanischer und asiatischer Abstammung. Insgesamt analysierte das Team insgesamt 42 Millionen Genorte und konnte noch CNVs aufspüren, die nur 450 Basenpaare lang waren.

„Die genetische Blaupause des Menschen ist das Genom”, erklärt Sir Mark Walport, Direktor des Wellcome Trust. „Aber wir sind jedes einzigartig als Individuen, geformt durch Variation sowohl im Erbgut als auch in der Umwelt. Die Variation zwischen menschlichen Genomen zu verstehen ist der Schlüssel zum Verständnis der ererbten Unterschiede zwischen uns in Gesundheit und Krankheit.


CNVs aufgetragen in ein Schema

CNVs aufgetragen in ein Schema

Eins von 17 Kindern hat eine neue Variante


Die Karte zeigt, dass das Erbgut zweier beliebiger Personen sich durchschnittlich in mehr als 1.000 CNVs unterscheidet, dies entspricht 0,8 Prozent der Genomsequenz eines Menschen. Die meisten dieser CNVs sind Löschungen, eine Minderheit nur Verdopplungen, wie die Forscher herausfanden. Zum ersten Mal zeigen die Daten auch das Minimum der Mutationsrate in den CNVs an: Mindestens eines von 17 Kindern wird eine neue Variante entwickeln.

In vielen Fällen haben Veränderungen in der Anzahl der Genkopien keine offensichtlichen Konsequenzen. So stellten die Wissenschaftler fest, dass bei normal gesunden Menschen 75 Regionen solcher CNVs im Genom umherspringen und dass mehr als 250 Gene eine oder zwei Kopien verlieren können ohne dass dies Folgen hat. 56 Genen können sogar verschmelzen und neue, Kombinationsgene bilden.

30 potenziell krankheitsauslösende Stellen


In einigen Fälle jedoch geht dieses muntere Wechselsiel nicht so glimpflich ab: Die Forscher identifizierten 30 Stellen im Genom, die die Anfälligkeit für verschiedenen Krankheiten erhöhen können. Drei dieser CNVs waren bereits zuvor aus anderen Genstudien als krankheitsauslösend bekannt.

„Trotzdem haben wir keine großen Anzahlen von häufigen CNVs im Genom entdeckt, die wir eindeutig Krankheiten zuordnen können“, erklärt Scherer. „CNV-Studien haben in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, aber dennoch können wir bisher nur die gängigsten CNVs sehen. Wir vermuten, dass es viele CNVs gibt, die klinische Konsequenzen in einem von 50 oder 100 Menschen haben, aber dies ist noch unter dem, was wir bisher identifizieren können.“

Einblick in die menschliche Evolution


Die Copy Number Variationen geben jedoch nicht nur Aufschluss über den momentanen Zustand des menschlichen Genoms, sie geben auch einen Einblick in seine Entwicklung im Laufe der Menschheitsgeschichte. So spiegelten sie beispielsweise auch wieder, wie sich unsere Vorfahren an ihre Umwelt anpassten. Die Forscher identifizierten unter anderem CNVs, die die Aktivität des Immunsystems und die Muskelfunktion beeinflussen – beides Faktoren, die sich je nach Umwelt und Lebensweise schnell in menschlichen Populationen ändern können.

Um den Nutzen dieser bereits vielfach als „einzigartig“ bewerteten Kartierung noch zu steigern, stellt das Forscherteam alle Daten und Genanalysen auch anderen Wissenschaftler für weiterführende Studien zur Verfügung. „Wir sind entschlossen, nicht nur die Karte zu entwickeln, sondern auch Ressourcen zu liefern, die anderen Forschern und klinischen Zellgenetikern helfen, unsere CNV-Ergebnisse schnell zu nutzen“, erklärt Charles Lee, einer der Projektleiter von der Harvard Medical School in Boston, USA. „Die Geschichte der menschlichen CNVs ist noch lange nicht vorbei.“
(Wellcome Trust Sanger Institute/Nature, 08.10.2009 - NPO)