Neue Ära der Genforschung: Forscher rekonstruieren vollständigen Gencode eines menschlichen Chromosoms

Anfang des Jahre 2001 verkündeten die Forscher des sogenannten Humangenomprojekts einen Durchbruch: Sie hatten erstmals das menschliche Erbgut dekodiert. Tatsächlich galt dies aber nur für die rund 25.000 proteinkodierenden Gene. Dazwischen gibt es aber auch zahlreiche DNA-Abschnitte, die lediglich aus vielen sehr ähnlichen und sich wiederholenden Basenfolgen bestehen. Teilweise wird dieser Bereich auch als Junk-DNA bezeichnet. Inzwischen weiß man aber, dass auch dieser Teil des Erbguts wichtige Steuerungsfunktionen übernimmt. Schon seit längerem wurde daher an einer exakten Entschlüsselung gearbeitet. Bisher allerdings stieß die Forschung hier noch an ihre Grenzen. Denn die genutzten Sequenziermaschinen zerteilen die untersuchte DNA zunächst in viele kleine Abschnitte. Diese sind in der Regel nur rund hundert Basen lang und müssen anschließend wieder zusammengesetzt werden.

Der Chromosomensatz eines Mannes als Karyogramm dargestellt. Via: Wikimedia Commons

Eine neue Analysemethode vereinfacht das Puzzle

Ähnlich wie bei einem Puzzle ist dies vergleichsweise einfach, wenn es viele markante Stellen gibt. Sobald die einzelnen Teile sich aber zu stark ähneln, wird die Aufgabe mehr oder weniger unmöglich. Bisher existierte daher alleine im Mittelteil des X-Chromosoms eine Lücke von mehr als drei Millionen nicht vollständig entschlüsselter Basenpaare. Doch Forschern vom „National Human Genome Research Institute (NHGRI)“ ist in diesem Punkt nun ein entscheidender Fortschritt gelungen. Sie konnten das erste lückenlose Genom eines menschlichen Chromosoms aufzeichnen. Möglich wurde dies durch eine neue Analysemethode. Bei der sogenannten Nanoporen-Sequenzierung werden einzelne DNA-Moleküle durch eine enge Öffnung geschleust, während die dadurch auftretenden Spannungsänderungen aufgezeichnet werden. Daraus wiederum lassen sich dann Erkenntnisse über die konkreten Basen ableiten.

Das X-Chromosom wurde vollständig dekodiert

Der große Vorteil dieser Vorgehensweise: Es lassen sich größere Abschnitte analysieren, ohne diese zerteilen zu müssen. Folgerichtig müssen anschließend auch weniger Teile zusammengesetzt werden. Wenn man so möchte haben die Forscher also schlicht dafür gesorgt, dass das Puzzle am Ende deutlich weniger Teile hat und damit logischerweise auch einfacher wieder zusammengesetzt werden kann. Gleichzeitig setzten sie ihre Schnitte so an, dass die entschlüsselten Abschnitte jeweils von einem markanten Punkt zum nächsten reichten. Auch dies vereinfachte die anschließende Zusammenführung. Erstmals vollständig angewendet wurde die Methode nun beim X-Chromosom. Dieses ist bei Männern nur einmal vertreten, bei Frauen aber zweimal. Die exakte Entschlüsselung könnte nun dabei helfen, besser zu verstehen, welchen Einfluss dies auf die Unterschiede zwischen den Geschlechtern hat. Auch über verschiedene Erbkrankheiten könnten wichtige neue Erkenntnisse gewonnen werden.

Via: Nature