Seit zwei Jahrzehnten vergleichen Wissenschaftler die gesamte DNA jeder Person, die sie untersuchen, mit einer Vorlage, die hauptsächlich auf dem genetischen Material eines Mannes basiert, der liebevoll „der Typ aus Buffalo“ genannt wird.
Aber sie wissen seit langem, dass diese Vergleichsvorlage oder das „Referenzgenom“ ernsthafte Grenzen hat, weil sie nicht das Spektrum der menschlichen Vielfalt widerspiegelt.
„Wir brauchen ein wirklich gutes Verständnis der Variationen und Unterschiede zwischen Menschen“, sagte der Genomexperte Benedict Paten von der University of California in Santa Cruz. „Wir verpassen etwas.“
Jetzt bauen Wissenschaftler eine viel vielfältigere Referenz auf, die sie „Pangenom“ nennen und die bisher das genetische Material von 47 Menschen aus verschiedenen Orten auf der ganzen Welt umfasst. Es ist das Thema von vier Studien, die am Mittwoch in den Fachzeitschriften Nature und Nature Biotechnology veröffentlicht wurden. Wissenschaftler sagen, dass es ihnen bereits neue Dinge über Gesundheit und Krankheit beibringt und den Patienten später helfen sollte.
Paten sagte, die neue Referenz solle Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, was normal sei und was nicht. „Nur wenn wir verstehen, wie eine häufige Variation aussieht, können wir sagen: ‚Oh, diese große strukturelle Variation, die dieses Gen beeinflusst?‘ Mach dir darüber keine Sorgen‘“, sagte er.
Ein menschliches Genom ist eine Reihe von Anweisungen zum Aufbau und Erhalt eines Menschen, und Experten definieren ein Pangenom als eine Sammlung ganzer Genomsequenzen vieler Menschen, die die genetische Vielfalt der menschlichen Spezies repräsentieren soll. Das Pangenom ist kein Komposit, sondern eine Sammlung; Wissenschaftler stellen es als einen Regenbogen gestapelter Genome dar, verglichen mit einer Linie, die das ältere, einzelne Referenzgenom darstellt.
Das Human Pangenome Project baut auf der ersten Sequenzierung eines vollständigen menschlichen Genoms auf, die vor mehr als zwei Jahrzehnten fast abgeschlossen und letztes Jahr endlich abgeschlossen wurde. Paten, Autor und Projektleiter einer Pangenomstudie, sagte, dass 70 % dieses ersten Referenzgenoms von einem Afroamerikaner mit gemischter afrikanischer und europäischer Abstammung stammten, der 1997 auf eine Anzeige für Freiwillige in einer Zeitung in Buffalo geantwortet hatte. Etwa 30 % stammten von einer Mischung von etwa 20 Personen.
Das Pangenom enthält Material von 24 Menschen afrikanischer Abstammung, 16 aus Amerika und der Karibik, sechs aus Asien und einer aus Europa.
Obwohl die Genome zweier Menschen zu mehr als 99 % identisch sind, sagte Paten: „Es sind diese Unterschiede, die es in der Genetik und Genomik zu untersuchen und zu verstehen gilt.“
Es kann eine Weile dauern, bis Patienten einen konkreten Nutzen aus der Forschung erkennen. Wissenschaftler sagten jedoch, dass neue Erkenntnisse letztendlich dazu führen sollten, dass Gentests genauer werden, die Arzneimittelentwicklung verbessert wird und die personalisierte Medizin gestärkt wird, die das einzigartige genetische Profil einer Person als Grundlage für Entscheidungen zur Vorbeugung, Diagnose und Behandlung von Krankheiten nutzt.
„Das Pangenome-Projekt liefert eine genauere Darstellung des Genoms von Menschen auf der ganzen Welt“ und soll Ärzten helfen, genetische Erkrankungen besser zu diagnostizieren, sagte Dr. Wendy Chung, Expertin für klinische Genetik von der Columbia University, die nicht an der Forschung beteiligt war.
Wenn jemand eine Variation in einem bestimmten Gen aufweist, könnte dies mit dem Regenbogen an Referenzen verglichen werden.
Der Studienautor Evan Eichler von der University of Washington sagte, dass die Forscher auch mehr über Gene erfahren werden, die bereits mit Problemen in Verbindung stehen, beispielsweise mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Afroamerikanern.
„Jetzt, da wir dieses Gen tatsächlich in seiner Gesamtheit sequenzieren und die Variation in diesem Gen verstehen können, können wir beginnen, auf ungeklärte Fälle von Patienten mit koronarer Herzkrankheit zurückzugehen“ und sie im Lichte der neuen Erkenntnisse zu betrachten, sagte er genannt. Eichler wird vom Howard Hughes Medical Institute bezahlt, das auch die Gesundheits- und Wissenschaftsabteilung von The Associated Press unterstützt.
Candice Hirsch, Expertin für Pflanzengenetik an der University of Minnesota, die nicht an der Forschung beteiligt war, die Bemühungen aber genau verfolgt hat, sagte, sie erwarte, dass sich daraus viele Entdeckungen ergeben würden. Bisher „konnten wir wirklich nur an der Oberfläche kratzen, um die Genetik zu verstehen, die Krankheiten zugrunde liegt“, sagte sie.
Das Konsortium, das die Forschung leitet, ist Teil des Human Genome Reference Program, das von einem Zweig der US-amerikanischen National Institutes of Health finanziert wird.
Das Team ist dabei, die Sammlung von Referenzgenomen zu erweitern, mit dem Ziel, bis Mitte nächsten Jahres über Sequenzen von 350 Personen zu verfügen. Wissenschaftler hoffen auch auf eine stärkere Zusammenarbeit mit internationalen Partnern, darunter solchen, die sich auf indigene Bevölkerungsgruppen konzentrieren.
„Wir sind auf lange Sicht dabei“, sagte Paten.
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