Als Wissenschaftler vor zwei Jahrzehnten den Abschluss des Human Genome Project ankündigten, war ihre Ankündigung etwas verfrüht. Dies war zweifellos eine wichtige Errungenschaft: Forscher auf der ganzen Welt erhielten Zugang zu den DNA-Sequenzen der meisten proteinkodierenden Gene im menschlichen Genom.
Aber selbst nach 20 Jahren der Aktualisierungen blieben acht Prozent unseres Genoms immer noch unsequenziert und unerforscht. Von einigen als Junk-DNA ohne klare Funktion bezeichnet, waren die rund 151 Millionen Basenpaare von Sequenzdaten, die über das Genom verstreut sind, immer noch eine Black Box.
Jetzt hat ein internationales Wissenschaftlerteam die letzten acht Prozent des menschlichen Genoms entschlüsselt. Diese Fragmente unseres Genoms enthalten mehr als nur Schrott.
Die neuen Daten enthüllen mysteriöse Regionen nichtkodierender DNA, die kein Protein produzieren, aber dennoch eine entscheidende Rolle bei vielen Zellfunktionen spielen und Bedingungen unterliegen können, bei denen die Zellteilung außer Kontrolle gerät, wie z. B. Krebs.
Man könnte meinen, wenn 92 Prozent des Genoms längst überfällig sind, machen weitere 8 Prozent keinen großen Unterschied“, sagt Erich Jarvis, Co-Autor der Studie, die an der Entwicklung einer Reihe von Schlüsselmethoden zur Entschlüsselung beteiligt war das endgültige Genom. Aber aus diesen fehlenden acht Prozent gewinnen wir jetzt ein völlig neues Verständnis dafür, wie sich Zellen teilen, und ermöglichen es uns, eine Reihe von Krankheiten zu untersuchen, die wir vorher nicht verstehen konnten.
Das Human Genome Project gab uns im Wesentlichen die Schlüssel zu Euchromatin, einem großen Teil des menschlichen Genoms, das reich an Genen ist, lose verpackt und damit beschäftigt, RNA herzustellen, die später in Protein übersetzt wird. Was jedoch intakt blieb, war ein Labyrinth aus eng gewundenem, sich wiederholendem Heterochromatin, dem kleineren Teil des Genoms, der kein Protein produziert.
Wissenschaftler hatten gute Gründe für die anfängliche Depriorisierung von Heterochromatin. Die euchromatischen Regionen enthielten mehr Gene und waren einfacher zu sequenzieren. So wie ein Puzzle aus einzelnen Teilen leichter zusammenzusetzen ist als ein Puzzle aus identischen Teilen, stellten die genomischen Werkzeuge der damaligen Zeit fest, dass euchromatische DNA einfacher zu analysieren war als ihre repetitive heterochromatische Cousine.
Infolgedessen bleibt den Genetikern eine erhebliche Wissenslücke darüber, was einige grundlegende Zellfunktionen regelt.
Alle Heterochromatin-Sequenzen jenseits der Zentromere, die an den Knoten von Chromosomen liegen und Zellteilung durchführen, wurden mit langen N-Sequenzen für eine unbekannte Base im Referenz-Humangenom markiert.
Auch die Sequenzen der kurzen Arme der Chromosomen 13, 14, 15, 21 und 22 wurden weggelassen. Nicht einmal das gesamte euchromatische Genom sei korrekt sequenziert worden, sagen die Wissenschaftler. Fehler wie falsche Duplikate mussten korrigiert werden.
Dann, vor etwa einem Jahrzehnt, begannen Wissenschaftler, neue Methoden zu entwickeln, um längere Sequenzen zu erhalten, die die Lücken im Genom von Menschen und anderen Arten füllten.
Eine solche Initiative ist das Vertebrate Genomes Project, das kürzlich die ersten nahezu fehlerfreien und nahezu vollständigen Referenzgenome für 25 Tiere generierte.
Diese Studie war Teil einer internationalen Anstrengung zur Entwicklung neuer Werkzeuge zur Erstellung von Gensets höchster Qualität“, sagt Erich Jarvis.
Im Vergleich zu Methoden, die vor zwanzig Jahren verwendet wurden, bietet die moderne Genomik hochpräzise lange Lesevorgänge mit einer Genauigkeit von 99,9 %, bessere Werkzeuge zum Zusammenbau des Genoms und leistungsfähigere Algorithmen, die ähnliche Puzzleteile besser voneinander unterscheiden können.
Mit den aktualisierten Werkzeugen konnten die Wissenschaftler dazu beitragen, das zu vollenden, was das Human Genome Project begonnen hatte, und schließlich das wirklich vollständige menschliche Genom beschreiben – seine euchromatischen Regionen wurden korrigiert und seine heterochromatischen Regionen vollständig kartiert.
Das ist eine große Sache“, sagt Erich Jarvis. Jedes Basenpaar des menschlichen Genoms ist nun vollständig.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
2022-04-02 14:21:03
Autor: Vitalii Babkin