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Die Entschlüsselung des menschlichen Genoms (Imabe-Info 3/00)

Die Nachricht, dass die Sequenzierung (Synonym für Entschlüsselung in der Genetik) des menschlichen Genoms abgeschlossen sei, bedeutet einen Meilenstein für die wissenschaftliche Erkenntnis. Dieser Schritt gleicht einem „Vorzimmer“ für Vorhersage, Vorsorge und Heilung von immer mehr Krankheiten. Ab nun scheint unser Schicksal in unseren Genen eingeschrieben zu sein. Eigentlich ist es aber nur der Beginn: Nun geht es darum, zu verstehen, was diese Gebrauchsanleitung alles enthält. In der Folge wurden einige Fragen, die sich aus dieser Entdeckung ergeben, beantwortet.1

Was bedeutet für uns die Entschlüsselung des menschlichen Genoms?

Es heißt, dass wir die Ordnung und die Abfolge aller Bausteine kennen, die unser genetisches Erbe ausmacht, und jetzt geht es darum, zu erforschen, was sie bedeuten. Das Genom enthält die Information, die für den Aufbau und die Funktion der Organe notwendig ist. Diese Information ist in der Sprache der Chemie verfasst, d.h. in Form von „Buchstaben“ (von Basenpaaren der DNS)2. Man hat 97% des Genoms entziffert und hofft, die fehlenden Daten in den nächsten Jahren zu komplettieren. Mehr als ein konkreter wissenschaftlicher Fortschritt ist heute der technologische Erfolg dank der Möglichkeiten moderner Computer und Roboter, die es ermöglicht haben die Abfolge der Bausteine (der Buchstaben) der Gene zu bestimmen. Mit den bis jetzt erzielten Informationen können die Forschungen, welche den genetischen Ursprung der Krankheiten untersuchen, beschleunigt werden.

Was fehlt noch, um sich diese Informationen zu Nutze zu machen?

Die Sequenzierung des menschlichen Genoms ist nicht ein Ziel an sich, sondern nur der Beginn.

Die Botschaft, die wir entdeckt haben, ist vergleichbar mit einem chiffrierten elektronischen Brief: wir haben die Gene entziffert, wissen aber nicht, was das bedeutet. Nun gilt es, den Ort der Gene am Genom festzustellen und ihre Funktionen zu bestimmen, die Bedingungen zu erforschen, unter denen sie sich aktivieren oder deaktivieren, wie sie zusammenwirken und welche Proteine (Eiweißstoffe) von jedem von ihnen erzeugt werden.

Nach der Sequenzierung der Gene besteht der nächste, noch viel entscheidendere Schritt, alle menschlichen Proteine zu beschreiben. Ein Gen ist ein Teil der DNA mit einer Länge von 500 bis 5.000 Buchstaben, welche die nötige Information spezifiziert, um ein Protein herzustellen (d.h. die Reihenfolge jener Komponenten [Aminosäuren], die ein Protein bilden). Die Proteine beeinflussen alles, was in lebenden Organismen geschieht. Es ist jedoch viel schwieriger zu verstehen, wie seine Struktur von seinem Strukturaufbau und wie seine Funktion von dieser Struktur abhängig ist, als die Gene selbst zu entziffern. Während die DNA aus einer Reihe von Buchstaben oder Basen von 4 Typen zusammengestellt ist, sind es bei den Proteinen 20 - die Aminosäuren. Aller Voraussicht nach enthält der menschliche Körper mehrere 100.000 verschiedene Proteine.

Erlaubt die Kenntnis des menschlichen Genoms den Ursprung jeder Krankheit zu diagnostizieren?

Das Ziel ist, präzise festzustellen, welches Gen bei einer Krankheit nicht oder falsch funktioniert, um eine Tür zu neuen und exakteren, sowie individuelleren Behandlungen zu eröffnen. Z.B. wird ein Vergleich der Aktivität von normalen Zellen und solchen, die von Krebs befallen sind, es viel leichter machen, die Gene zu identifizieren, die das Auftreten einer Krebserkrankung bewirken und es wird möglich sein, diese Gendefekte auf der Ebene der Moleküle zu therapieren.

Was bedeutet es, wenn man behauptet, dass ein Gen eine bestimmte Eigenschaft “determiniert”, “kontrolliert” oder “programmiert”?

Mitunter sagt man, man habe das “Alzheimer-Gen” oder jenes Artheriosklerose (Gefäßverkalkung) identifiziert. Wenn man aber von einem Gen spricht, das ein Molekül, eine Eigenschaft oder eine Krankheit bestimmt, dann vereinfacht man eine viel komplexere Wirklichkeit stark. Jedes Gen kodiert ganz einfach eines der am Entwicklungsprozess beteiligten Proteine. Es gibt aber viele Arten von Genen, die am Aufbau eines Proteins beteiligt sind. Der vollständige Prozess der Erzeugung eines Proteins ergibt sich nur dann, wenn der gesamte Stoffwechsel der Zelle korrekt funktioniert. Zur Zeit versuchen die Molekularbiologen die Unterschiede in spezifischen Genen mit Änderungen von Eigenschaften in Verbindung zu bringen. Sie können aber noch lange nicht voraussagen, ob die Mutation eines Gens die Zelle oder den Organismus beeinflussen wird und wie das geschieht.

Weiß man, dass Krankheiten einen ererbten Anteil haben?

Wenige Krankheiten gehen auf die Mutation eines einzigen Gens zurück (z.B. zystische Fibrose). In vielen anderen Fällen ist die Zahl der beteiligten Gene viel höher, wodurch die Diagnose erschwert wird. Heute neigen die Wissenschaftler und die Ärzte immer mehr dazu, von erblichen Tendenzen oder Prädispositionen zu sprechen, um komplexe oder allgemeine Krankheiten zu erklären. Es gibt aber nur wenige Krankheiten, deren Vererbungsmechanismus beschrieben werden kann. In den meisten Fällen sind die Wissenschaftler weder sicher, ob die Krankheit vererbt ist noch können sie sagen, wer die Krankheit vererbt bekommt. Die komplexen Krankheiten sind verschieden und unvorhersagbar, weil sie von vielen biologischen Faktoren und Umwelteinflüssen abhängen.

Wie weit ist es von der Entdeckung des genetischen Ursprungs einer Krankheit bis zur Entwicklung eines Heilmittels gegen diese Krankheit?

Auch wenn man das menschliche Gen kennt, benötigt man noch viel Zeit, um die genetischen Faktoren einer Krankheit zu identifizieren. Und es können Jahrzehnte verstreichen zwischen der Entdeckung einer genetischen Mutation, die Ursache einer Krankheit ist, und der Entwicklung einer vorbeugenden oder heilenden Behandlung.

Auf welchem Entwicklungsstand befindet sich die Gentherapie?

Die genetische Therapie will Krankheiten behandeln oder heilen, indem defekte Gene von Patienten durch gesunde ersetzt werden. Diese Therapie steckt jedoch noch in den Kinderschuhen, auch wenn immer wieder Erfolgsschritte vermeldet werden. Die Experimente an Menschen begannen vor etwa 10 Jahren. Die übertriebenen Erwartungen und die Meldungen über tödlich verlaufene experimentelle Behandlungen haben dazu geführt, dass man mit größerer Vorsicht vorgeht. In den Vereinigten Staaten hat man sehr strenge Vorschriften eingeführt, um die Experimente an Menschen zu kontrollieren. Der größte Teil der Experimente wird weiterhin an Tieren durchgeführt, und jene, die an Menschen gemacht wurden, haben ambivalente Ergebnisse gezeigt (einige Patienten sprachen auf die Therapie an, andere nicht).

Ein möglicher Grund für diese ambivalenten Ergebnisse, könnte die Tatsache sein, dass diese Patienten schon austherapiert waren und man sie sozusagen als letzte Chance einer Gentherapie unterzogen hat. Das heißt, dass erstens ihr Allgemeinzustand schon sehr schlecht war und dass zweitens auch ein verspätetes Ansprechen auf eines der verabreichten traditionellen Medikamente möglich ist.

Craig Venter, Präsident von Celera Genomics, einem privaten Unternehmen, das an der Entschlüsselung des menschlichen Genoms beteiligt war, glaubt, dass es für die meisten Krankheiten keine genetische Therapie geben wird. Diese Therapien seien nur unter ganz bestimmten Voraussetzungen möglich, aber er glaubt, dass die Kenntnisse über Gene den pharmazeutischen Industrien helfen werden, spezifischere Medikamente zu entwickeln.

Worin werden sich die Medikamente von den jetzigen Heilmitteln unterscheiden?

Die meisten der gegenwärtigen Heilmitteln wirken nur in einem Teil der Patienten und einige führen zu schweren Nebenwirkungen für eine kleine Minderheit unter ihnen. Das Genom und die Zusammensetzung der Proteine, die jeder Person eigen sind, bestimmen oft die Reaktion eines Medikamentes. Wenn man diese Daten kennt, kann man die Behandlung entsprechende der Physiologie und der genauen Erkrankung der jeweiligen Person wählen.

Was heißt, das Gen für Intelligenz, Alkoholismus, Homosexualität, Aggressivität,... entdeckt zu haben?

Die Gene sind Bestimmungen für die biologischen Eigenschaften, doch auf das menschliche Verhalten wirkt über das Ererbte hinaus auch noch die Umwelt. Wir sind weder Gefangene unserer Gene, noch können wir uns hinter ihnen verschanzen. „Das Genom entbindet die Menschen nicht von ihren Entscheidungen, noch von ihrer persönlichen Verantwortung. Niemand kann sich hinter seinen Gene verstecken” (Craig Venter). Die Gene berühren unsere Entwicklung, doch ebenso tun es unsere persönlichen und sozialen Umstände.

Warum gibt es eine Polemik über die Möglichkeit menschliche Gene zu patentieren?

Die pharmazeutischen Laboratorien und biotechnischen Unternehmen, die in das Projekt investiert haben, hoffen logischerweise darauf, ihre Erfindungen zu patentieren und auszuwerten. Diskutiert wird, was das Objekt eines Patentes sein kann. Kurz vor der Ankündigung der Entschlüsselung des menschlichen Genoms gaben Clinton und Blair eine Erklärung ab, in der sie den freien Zugang zu den Daten des menschlichen Genoms für alle Wissenschaftler verteidigten. Sowohl das öffentliche Konsortium des Human Genome Projects (HUGO) als auch Celera Genomics haben erklärt, dass sie nicht die Absicht haben, das menschliche Genom zu patentieren. Celera erklärte, dass das Ergebnis seiner Arbeiten allen offen stünde, jedoch gegen Bezahlung. Ein Abonnementsystem werde den Zugang auf die Daten erleichtern und eine Software wird es erlauben, die vorhandene Information zu analysieren und zu sortieren. Weiters kündigte das Unternehmen an, dass es möglicherweise Patente für die medizinische Verwertung von 100 bis 300 besonders bedeutenden Genen fordern werde, die von einem Pharmazeuten erarbeitet wurden.

Ein weiteres nordamerikanisches Unternehmen, Human Genomics Science, dessen Arbeit sich auf die Gene, die für Proteine kodieren, konzentriert (insgesamt etwa 25%), hat die Gewinnung von 130 Genen patentieren lassen. Patentiert wurden therapeutische Substanzen, die anstatt aus der Natur genommen zu werden oder aus chemischen Bestandteilen zu bestehen, menschliche Gene oder Proteine sind.

Das Patentamt der USA ist großzügiger bei der Zulassung von Patenten menschlicher Gene, von denen es bereits 700 bewilligt hat. Die Haltung der Europäischen Union ist in der Direktive vom 6. Juli 1998 enthalten, wonach zwar das menschliche Genom nicht patentierbar ist, wohl aber unter bestimmten Voraussetzungen die Sequenz der Basenpaare: „Ein isoliertes Element des menschlichen Körpers oder ein technisch erzeugtes Produkt, das die Sequenz oder einen Teil der Sequenz eines Genes enthält, kann eine patentierbare Erfindung darstellen, auch wenn die Struktur dieses Elementes identisch ist mit einem natürlich vorkommendem Gen.“

Frankreich verlangt eine Änderung dieser Direktive, weil es sie für unvereinbar hält mit dem französischen Recht und mit der Deklaration der Unesco von 1997 über das menschliche Genom, die wie folgt lautet: „Das menschliche Genom in seinem natürlichen Zustand darf nicht Gegenstand der Geschäftemacherei sein” (Artikel 4). Kein europäisches Land hat diese Direktive in sein Gesetz übernommen, was viel diskutiert wird. „In der Biotechnologie kann man die Technologie, nicht aber das Bio patentieren” fasst es der französische Abgeordnete Jean-François Mattei zusammen, der unter den Politikern eine Unterschriftenaktion gegen die europäische Direktive eingeleitet hat.

Welche Konsequenzen gibt es durch die Entwicklung von genetischen Tests, die untersuchen, ob eine Person mehr oder weniger für eine Krankheit prädisponiert ist?

Im allgemeinen sind Untersuchungen, die eine Information über ein mögliches Risiko für eine bestimmte Erkrankung anbieten in weiterer Zukunft immer problematisch. Eine Frau, die auf eine Probe zur Entdeckung einer genetischen Variante im Bezug auf Brustkrebs positiv reagiert, beginnt zu denken, dass sie krank ist, bevor sich die Krankheit, wenn überhaupt, entwickelt hat. Wenn man also entdeckt, dass man mit einer höheren Wahrscheinlichkeit eine bestimmte Krankheit bekommt, erzeugt diese Information nichts als Angst, solange es keine Vorbeugung oder Behandlung dafür gibt.

Allerdings könnte das Wissen um ein gewisses Krankheitsrisiko zu einer veränderten Lebensweise führen, z.B. Änderung der Ernährungsgewohnheiten.

Können diese genetischen Tests Auslöser für Diskriminierungen sein?

Man spricht von der Möglichkeit, dass genetische Tests zu Diskriminierungen seitens der Versicherungsunternehmen oder am Arbeitsplatz führen. Die Versicherungen versuchen die Prämien einer Person mit größerer Neigung zu bestimmten Krankheiten zu erhöhen. Die Unternehmen können die Daten benützen, um bestimmte Personen, die für Krankheiten empfänglich sind, nicht anzustellen.

Gegenwärtig sind diese Risiken eher theoretisch als real. In den USA haben einige Staaten gesetzlich gegen diese diskriminierenden Möglichkeiten und gegen die Bedrohung der Privatsphäre Vorkehrungen getroffen, während die Britische Regierung erlaubt hat, dass die Versicherungsgesellschaften von ihren Klienten genetische Informationen verlangen können, bevor eine Polizze unterschrieben wird. Die Deklaration der Unesco über das menschliche Genom bestimmt im Artikel 6: „Wegen seiner genetischen Eigenschaften darf niemand Objekt einer Diskriminierung sein, die möglicherweise oder tatsächlich die Menschenrechte, die grundlegenden Freiheiten oder die menschliche Würde verletzt.“

Gibt es nicht auf Grund der genetischen Selektion auch ein Risiko von Eugenik?

„Jede neue Macht des Menschen ist auch eine Macht über den Menschen“ sagt C.S. Lewis. Grundsätzlich bedeutet die Kenntnis des Genoms einen ersten Schritt dazu, genetisch bedingte Krankheiten zu heilen. Doch die Perspektive, dass wir das menschliche Genom ändern können, ändert unsere Vorstellung von der Gesundheit. Es könnte uns zu mehr Intoleranz gegenüber ererbten Fehlern verleiten. Bei der in-vitro Befruchtung z.B. kann man eine Selektion unter den verschiedenen Embryonen vornehmen und sie vor der Einpflanzung in die Gebärmutter genetisch analysieren. Die größere Präzision bei der pränatalen Technik und die Diagnostik könnte dazu führen, dass Kinder abgelehnt werden, weil sie Krankheiten bekommen könnten, die wir bisher ohne Probleme akzeptiert haben.

Ähnelt das menschliche Genom dem Genom von Tierarten?

Die Evolution der Arten ist nichts anderes als ein Wechsel seiner Genome. Auf diese Weise enthüllt ein Vergleich der verschiedenen Genome die Geschichte der evolutionären Mechanismen. Man verfügt schon über die Sequenz des menschlichen Genoms, von der Fruchtfliege Drosophila, von Wurm Caenorhabditis, von der Hefe und von vielen Bakterien. Es wird darüber viel geforscht, jedoch mit wenig klaren Ergebnissen, da diese auch davon abhängen, wie und welche Proteine benutzt werden.

Mitunter gibt es absurde Ergebnisse, so sind wir z.B. näher mit der Hefe als dem Schimpansen „verwandt“. Das kommt dadurch zustande, dass nicht immer ganze Genome, sondern nur gewisse Gensequenzen miteinander verglichen werden (Zuckerkandl und Pauling erstellten z.B. auf Grund von ribosomaler RNA Stammbäume der Bakterien zusammen). Wenn wir z.B. unsere Gene mit denen des Schimpansen vergleichen, so gelangen wir zum Schluss, dass wir mit ihm 98% übereinstimmen. Wenn wir mehr Kenntnisse über die Genome besitzen, können wir vollständigere Untersuchungen anstellen, dafür ist aber viel Zeit nötig.

Einige Eckdaten über das Genom:

  • 99,8% der genetischen Information ist identisch mit allen anderen Personen. Vom genetischen Standpunkt aus hat es keinen Sinn von Rassen zu sprechen. „Allein” diese 0,2% ergeben an die 6 Mio. Unterschiede, deren Kombinationen schon mathematisch ausreichen, um sehr verschiedene Wesen entstehen zu lassen.
  • Die genetische Struktur jedes Individuums ist einzigartig und besonders, ausgenommen eineiige Zwillinge, die keine Unterschiede in den Genomen haben; sie hören jedoch nicht auf, 2 verschiedene Personen zu sein.
  • Die Funktion von 97% des menschlichen Genoms ist nicht bekannt. Ein Großteil der Information im Genom sind keine Gene. Diese Information dient wahrscheinlich dazu, die An- und Abschaltung der Genprodukte zu steuern. Es gibt aber auch noch die sogenannte junk DNA (junk = Abfall), die weder der Steuerung von Genen dient, noch für irgendwelche Gene codiert. Man nimmt an, dass es sich hierbei um „evolutionären Ballast“ handelt.
  • Die Forschungsgruppen, die das menschliche Genom entschlüsselt haben, konnten bisher noch nicht zeigen, wie viele Gene ein Mensch besitzt. Francis Collins, Direktor des Human Genome Projects, sagt, das bereits über 38.000 oder mehr Gene lokalisiert wurden. Es wird angenommen, dass die Zahl der Gene zwischen 100.000 und 150.000 liegt, aber bis heute weiß es noch niemand.

Referenzen

  1. Aus Aceprensa 94/00, Madrid 5. Juli 2000; eigene Bearbeitung
  2. Vgl. Imabe-Info 3/96 „Gentechnik in der Humanmedizin“

Impressum:
Herausgeber, Verleger, Hersteller: IMABE
Redaktion: M. Schwarz

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