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»Gen-Suchdienst«

»Das menschliche Genom besteht aus drei Milliarden Buchstaben, den Basen Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin ©. Nur ein Bruchteil dieser drei Milliarden Buchstaben, nämlich zwei Prozent, enthält jedoch Bauanleitungen für all die Stoffe, die ein Organismus zum Leben benötigt. Weite Bereiche haben keine erkennbare Funktion. Um in diesem Wirrwarr Bauanleitungen, also Gene‚ aufzuspüren, haben Wissenschaftler von der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (GBF) in Braunschweig einen Gen-Suchdienst entwickelt. Er heißt NGFN-BLAST und steht über das Internet jedem Wissenschaftler zur Verfügung.«

Leseprobe aus der Broschüre »Das Nationale Genomforschungsnetz – Die Highlights« (Stand: März 2004).



ANTJE LORCH, Biologin

HUGO und die Gene

  • Die »Entschlüsselung des Genoms« wird gefeiert, doch was die Daten überhaupt bringen, ist unklar

aus: BIOSKOP Nr. 11, September 2000, Seiten 12+13

Die so genannte »Entschlüsselung« des menschlichen Genoms regt seit Juni 2000 die Fantasie von Wissenschaft, Politik und Medien an: Die Rede ist von Parallelen zur ersten Mondlandung, von der bedeutendsten Leistung seit der Erfindung des Rades, von Gottes Handschrift, die nun lesbar sei. Doch bis heute wissen GenforscherInnen nicht, was ein Gen genau ist. Was wurde da der Öffentlichkeit überhaupt präsentiert?

Der Begriff »Gen« wurde 1905 geprägt. Er beschrieb die Mendelschen Vererbungsfaktoren: stabile, sich selbst erhaltende Teilchen, die jedes Lebewesen von mütterlicher und väterlicher Seite erhält und die dessen Merkmale bestimmen. Die Frage, woraus Gene bestehen, wie sie aussehen und wie sie vererbt werden, war ungeklärt. Diskutiert wurde zunächst, was für die Entstehung und Entwicklung eines Lebewesens wichtiger sei: die Gene oder die umgebende Zelle mit ihrem Zellplasma. Ausführlich wurde über »Genaktivität« geforscht; die »Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese« wurde aufgestellt, nach der jedes Gen ein Protein (Eiweiß) erschafft beziehungsweise eine chemische Reaktion auslöst; und in den zwanziger Jahren prägten GenetikerInnen den bildhaften Begriff vom Gen als »Grundbaustein« des Lebens.

1953 schienen Gene etwas sichtbarer zu werden. Die Biochemiker James Watson und Francis Crick veröffentlichten ihr Modell der DNA (Desoxyribonukleinsäure) als Doppelhelix, ein an sich einfaches, aber großes Molekül aus vier verschiedenen Grundbausteinen, das WissenschaftlerInnen in seiner Schlichtheit begeistert. Gene wurden zum Code, der in der Reihenfolge dieser Bausteine lag, und auch dieser Code war faszinierend simpel und sollte bei allen bekannten Lebewesen einheitlich sein: bei Bakterien, Pilzen, Pflanzen und Tieren. Die DNA erschien als Kette, in der die Gene wie Perlen aufgereiht sind, jedes Gen vom nächsten mit einer Start- und Stoppmarkierung ordentlich getrennt. Große Bereiche, mit denen man nichts anzufangen wusste, wurden als »Abfall-DNA« ausgesondert. Offen schien jetzt noch die Frage, welches Gen auf welchem Chromosom wofür zuständig sein sollte.

Insofern war das 1990 offiziell gestartete internationale Humangenom-Projekt zur »Entschlüsselung« der Erbanlagen nur folgerichtig. Die staatlich finanzierten Gruppen von WissenschaftlerInnen, deren Zusammenarbeit durch die Human Genome Organization (HUGO) koordiniert wird, einigten sich darauf, wer an welchem Chromosom forschen sollte. Mit Computerunterstützung sollten sie Reihenfolge der genetischen Grundelemente auf allen Chromosomen sozusagen abschreiben (in der Fachsprache: »sequenzieren«), um mit den so gewonnenen Rohdaten weitere Forschung zu ermöglichen.

  • Was ist ein Gen?

Als Forschungsobjekt dienten die Chromosomen einiger weniger Menschen, die arbeitsteilig analysiert wurden. Man vereinbarte, die komplexen Ergebnisse binnen 24 Stunden auf einer bestimmten Seite im Internet zu veröffentlichen, damit die internationale Forschungsgemeinde schnell darauf zugreifen kann. Parallel zum HUGO-Projekt betrieb die US-Firma Celera Genomics ein ähnliches Unterfangen mit einer etwas anderen Methode und einer etwas größeren Fehlerhäufigkeit.

Im Juni 2000 legten beide Projekte gemeinsam ein vorläufiges Ergebnis vor, das seitdem von vielen WissenschaftlerInnen, PolitikerInnen und JournalistInnen als Meilenstein gefeiert wird: die Abfolge der meisten Grundbausteine der DNA, ohne dass diese bereits vollständig bestimmten Chromosomen zugeordnet wären. Auf der Grundlage dieser Rohdaten sollen in den nächsten Jahren Gene gefunden und ihre Funktionen bestimmt werden.

Doch die Schwierigkeiten beginnen bereits bei der Definition, was ein Gen überhaupt ist. Alle Modelle erwiesen sich bisher als zu vereinfachend. Dennoch dominiert noch immer das Bild von einzelnen, von einander abgegrenzten »Teilchen«, die mittels gentechnischer Methoden »herausgeschnitten« und woanders angeblich gezielt wieder eingesetzt werden können.

Tatsächlich gehört zu einem Gen mehr als der codierende Bereich, der die Zusammensetzung von Proteinen bestimmt. Flankiert wird er von Anfang- und Endmarkierungen. Innerhalb des codierenden Bereichs sind bei Pflanzen, Pilzen und Tieren, nicht aber bei Bakterien, so genannte »Introns« eingeschoben: DNA-Stücke, die im »Verarbeitungsweg« von Original-DNA über Kopien bis zum fertigen Protein herausgeschnitten werden. Vielen Genen auf dem DNA-Strang weit vorgelagert, aber dennoch Teil des eigentlichen Gens sind so genannte Regulationseinheiten. Sie sollen zum Beispiel dafür sorgen, dass ein Enzym wie Insulin nur dann gebildet wird, wenn es benötigt wird.

  • Modell und Realität

Als wichtig gilt auch die Lage des Gens auf dem Chromosom, wenn etwa durch die Windungen der DNA ein Regulator dicht bei dem codierenden Bereich des Gens zu liegen kommt, oder wenn ein Gen in einen Chromosomenbereich gerät, der so dicht aufgewickelt ist, dass das Gen zumindest vorübergehend nicht mehr abgelesen werden kann. Eine einheitliche Definition, welche dieser Einzelteile unter den Gen-Begriff fallen, liegt nicht vor und wird auch nicht diskutiert.

Inzwischen ist auch deutlich geworden, dass Gene nicht so eindeutig funktionieren, wie im Modell lange vermutet. Sicherlich ist man in vielen Fragen davon abgerückt, ein einzelnes Gen als Auslöser eines Merkmals oder einer Eigenschaft zu bestimmen, auch wenn manch wissenschaftliche Veröffentlichung dies immer noch vermuten lässt. Heute glaubt die GenforscherInnen-Gemeinde, die meisten Merkmale und damit auch Erkrankungen seien von mehreren Genen beeinflusst; auch Umwelteinflüsse werden eingeräumt.

Monogenetische Erkrankungen, die auf Veränderungen eines Gens zurückgeführt werden, sind selten. Als eine der häufigsten gilt die angeborene Stoffwechselkrankheit Cystische Fibrose (CF, Mukoviszidose), mit der in Europa eines von 2.000 Babys zur Welt kommt. Doch nicht jede/r, der/die eine Mutation (Veränderung) im selben Gen hat, wird krank; und inzwischen sind rund 700 Mutationen bekannt, die CF auslösen sollen.

Obendrein sollen dieselben Veränderungen Unterschiedliches bewirken können. So wurden bei Untersuchungen an unfruchtbaren Männern auch Patienten gefunden, denen der Samenkanal zwischen Hoden und Penis fehlte. Dies soll eine Veränderung im selben Gen hervorgerufen haben, das auch für CF verantwortlich gemacht wird. Nur: Die betroffenen Männer wiesen überhaupt keine CF-Symptome auf.

Ein anderes Beispiel ist die Gaucher-Krankheit bei der ein bestimmtes Enzym nicht gebildet wird. Als Folge schwellen Milz und Leber so stark an, dass sie – falls möglich – operativ entfernt werden müssen. Als Ursache gilt die Veränderung des Gens, das normalerweise das Enzym bildet; für die Entstehung der Erkrankung soll es ausreichen, dass eines der beiden Chromosomen entsprechend mutiert ist. In den Niederlanden wurden bei systematischen Familienuntersuchungen jedoch etwa 2.000 Menschen gefunden, die diese Veränderungen auf beiden Genen trugen, ohne zu erkranken – während zum Teil ihre Verwandten mit der Veränderung in nur einem Chromosom erkrankten. Auch sind drei eineiige Zwillingspaare bekannt, von denen nur ein Zwilling erkrankte.

  • Ungelöste Fragen

Vor dem Hintergrund dieser und anderer Erkenntnisse wird die Frage, was uns eigentlich die Rohdaten des Humangenomprojektes nutzen, immer unklarer. Ein weiteres Bild der DNA ist ohnehin ins Wanken geraten. Die DNA wird häufig als die Verkörperung des Lebens schlechthin gesehen, als Bauplan des Architekten und als Handwerker gleichermaßen. Es heißt, sie bilde Proteine, sie repliziere (verdoppele) und repariere sich selbst. Tatsächlich ist die DNA ein großes, totes Molekül. Ein ganzer Zellapparat aus Enzymen vervielfältigt die DNA und bildet die Proteine. Selbst wenn die Hypothese stimmen sollte, dass in der DNA, in den Genen, die Information über den Aufbau eben dieser Enzyme enthalten ist, so können sie doch nur innerhalb und durch die Bestandteile einer lebenden Zelle gebildet werden. Unklar ist auch immer noch die Frage, wie eigentlich ein und dieselbe DNA dazu führt, dass aus einer einzelnen Zelle ein Lebewesen mit so vielen verschiedenen Zellen wird. Was Leben ist, wie Organismen sich entwickeln und was Krankheiten auslöst – alle diese Fragen sind mit der Sequenzierung des menschlichen Genoms überhaupt nicht gelöst.

© Antje Lorch, 2000
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