Erbgut: Von wegen Abfall!

Der größte Teil unseres Erbguts besteht aus "Junk-DNA", hieß es noch bis vor ein paar Jahren. Eine umfassende Analyse zeigt nun: Mindestens 80 Prozent des Genoms haben eine Funktion - der vermeintliche Abfall spielt eine Schlüsselrolle für Zellentwicklung, Krankheit und Evolution.

Kategorie: Neue Analyse Erstellt am 06.09.2012.

Als im Jahr 2000 die erste Abschrift des menschlichen Erbguts veröffentlicht wurde, gab der damalige Chef des Humangenomprojekts, Francis Collins, vor dem Weißen Haus eine Pressekonferenz. Und sprach ins Mikrofon: "Können Sie sich ein bedeutendere Erforschung der Menschheit vorstellen, als in unserer eigenen Montageanleitung zu lesen?"

"Instruction book" sagte Collins im Original - eine Wortwahl, bei der das "Buch des Lebens" mitschwingt, wie die Wissenschaftshistorikerin Lily E. Kay gezeigt hat. Im Alten und Neuen Testament und in der jüdischen Liturgie bezeichnet der Begriff ein göttliches Kompendium, eine Art Superlexikon, in dem die Natur, der Mensch und seine Taten festgehalten werden.

Suche nach dem Sinn

Wenn man unser Erbgut denn als Text auffassen will, dann war nach dem Abschluss des Humangenomprojekts klar: Die Buchstaben des 2,9 Milliarden Basenpaare umfassenden Konvoluts hatte man nun Schwarz auf Weiß. Aber die Bedeutung des Ganzen blieb weitgehend im Dunkeln. Nun, zwölf Jahre später, präsentieren Forscher aus aller Welt erneut eine umfassende Analyse unseres Erbguts.

32 Studien in den Top-Journalen "Nature", "Science" und "Cell" hat das Großprojekt "Encode" ("Encyclopedia of DNA-Elements") auf einen Schlag veröffentlicht, inklusive 15 Terabytes an frei zugänglichen Rohdaten. Das Bild der genetischen Abläufe in unseren Körperzellen hat sich zweifelsohne verfeinert, wenngleich ein Blick in die Studien zeigt: Noch immer liegt vieles im Dunkeln.

Gigantischer Steuerapparat

Da steht der Forscher nun, armer Tor, nicht viel klüger als zuvor? Nicht ganz. Manche Annahmen müssen aufgrund der neuesten Analyse wohl entsorgt werden. Etwa jene, dass der Großteil des Genoms aus nutzlosen DNA-Abschnitten bestehe, die etwas despektierlich "Junk-DNA" genannt wurden. Tatsächlich sind laut aktuellen Analysen mindestens 80 Prozent des Genoms mit irgendeiner Funktion betraut, echter "Junk" ist also viel seltener als gedacht.

Der Anteil jener Sequenzen, die Proteine herstellen, beträgt lediglich zwei Prozent. Der Rest ist offenbar ein gigantischer Steuerapparat. Die Proteine mögen die Akteure oder Arbeiter in der lebenden Zelle sein, der ihnen zugewiesene Platz im genetischen Informationsstrang fällt jedenfalls quantitativ in die Kategorie "Randnotiz".

Wie aus ein und demselben DNA-Molekül 200 verschiedene Zelltypen entstehen können, erklärt Encode-Koordinator Ewan Birney. "In unserem Genom wimmelt es nur so von Schaltern: Millionen von Stellen, die dafür verantwortlich sind, ob ein Gen an- oder abgeschaltet wird. Der größte Teil des Erbguts ist nicht mit der Produktion von Proteinen beschäftigt, sondern mit der Frage, wann und wo diese Proteine hergestellt werden."

An manche dieser Stellen binden Steuerproteine ("Transkriptionsfaktoren"), andere beeinflussen die Struktur der Chromosomen und viele dieser Stellen können untereinander auch kommunizieren. Theoretiker hatten schon länger vermutet, dass die Selektion vor allem im regulatorischen Netzwerk der DNA angreift und weniger an den in sie eingeschriebenen Proteinfabriken. Encode bestätigt das nun. Und zeigt überdies: Auch Krankheiten haben mit den mannigfaltigen Gen-Schaltern zu tun. 2,9 Millionen sind es an der Zahl. Mindestens.

Gen-Grenzen verschwimmen

Früher dachte man, Gene seien Inseln auf der DNA, getrennt durch lange, sinnlose Sequenzen. Heute verschwimmen die Grenzen zusehends. Manche Gene können in zwei Richtungen abgelesen werden, andere teilen sich Sequenzen auf der DNA, und die von ihnen erzeugten Abschriften werden oft so mannigfaltig editiert, gekürzt und neu zusammengesetzt, sodass vom alten Gen-Konzept nicht mehr viel übrig bleibt.

Encode-Forscher Thomas Gingeras fordert daher: "Wir brauchen eine neue Definition des Gens." Im engeren Wortsinn dürfte das ein schwieriges Unterfangen werden. Denn, wie schon Friedrich Nietzsche in der "Genealogie der Moral" notierte: "Definierbar ist nur das, was keine Geschichte hat." Geschichte enthält unser Erbgut nicht zu knapp. Es ist gewissermaßen ein Dokument seiner eigenen Geschichte.

Sollte Encode-Koordinator Ewan Birney Lust verspüren, wie sein Vorgänger Francis Collins die DNA als Buch zu bezeichnen, dann müsste er wohl zugeben: Wort für Wort, Seite für Seite lässt sich dieser Text nicht lesen. Das, was in ihm steht, ist so verwickelt und kompliziert, dass der Begriff "Lesen" seinen Sinn zu verlieren droht. Wollte man sich heute ein literarisches Vorbild suchen, wäre man vermutlich bei William Burroughs' "Cut-up" besser aufgehoben als bei der Bibel.

Robert Czepel, science.ORF.at

Mehr zu diesem Thema:

• Resistenzen stammen aus dem Boden
• Bonobo-Genom entschlüsselt
• Was den modernen Menschen ausmacht
• Urmenschen-Genom im Internet veröffentlicht
• Attached: Ihr persönliches Genom

Mehr aus science.ORF.at