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In meinem letzten Beitrag habe ich über CRISPR/Cas9 geschrieben und die Möglichkeit, in Zukunft unser Erbgut verändern zu können. Ich sehe die vielen Chancen, die uns diese neue Technologie besonders in der Medizin bietet. Und ich sehe gleichzeitig die Gefahren, die vor allem durch unser eigenes Unwissen bestehen. Denn wir sind noch weit davon entfernt alles zu verstehen, was in unserem Erbgut geschrieben steht.

Das Humangenom in kleinstmöglicher Schriftgröße gedruckt in über hundert Bänden mit je tausend Seiten. (By Russ London, WikiCommons, CC BY-SA 3)

Das Humangenom in kleinstmöglicher Schriftgröße gedruckt in über hundert Bänden mit je tausend Seiten.
(By Russ London, WikiCommons, CC BY-SA 3)

2001 hatten wir zum ersten Mal die komplette Sequenz des menschlichen Genoms vor uns liegen. “Das Humangenom ist entschlüsselt” hieß es damals. Wie unwahr. Wir hatten die einzelnen Zeichen entschlüsselt — ja. Nur lag vor uns ein Text über hundert Bände (zu je tausend Seiten) in einer Sprache, die wir kaum verstanden.

Seit dem haben wir viel gelernt. Heute verstehen wir einen Großteil der grundlegenden Wörter dieser Sprache: die Gene. Stellen wir uns ein Land vor, in dem man “Genomisch” spricht, wir könnten uns vermutlich ganz gut verständigen. Aber sind wir auch “verhandlungssicher”? Würden wir Wortspiele verstehen? Den Subtext einer Aussage? Leider nein. Auf dieser Ebene haben wir noch viel zu lernen…

Fertigungsleiter gesucht

Vom Gen (Bauplan) zum Protein (Mashine)

Vom Gen (Bauplan) zum Protein (Maschine)

Die Ebene, von der ich hier rede, ist die sogenannte Genregulation. Ein Gen (also ein Abschnitt der DNA) enthält die Information (den Bauplan) um ein Protein (die Maschine) herzustellen. Um ein Protein herzustellen, wird das entsprechende Gen zuerst abgeschrieben in RNA und dann übersetzt in Aminosäuren, aus denen das Protein zusammengebaut wird. Diesen Prozess nennt man Genexpression. Proteine sind für die chemischen Reaktionen in unserem Körper verantwortlich und somit dafür, dass wir uns bewegen oder essen können. Sie bauen Haut, Bindegewebe, Muskeln und Knochen auf. Aber wer bestimmt eigentlich, welche Maschinen produziert werden sollen und wann welche Maschinen an- oder abgeschaltet werden? Werden ständig alle im Genom kodierten Proteine produziert? Sind in der Leber die gleichen Maschinen tätig, wie im Gehirn? Wer sorgt dafür, dass zum richtigen Zeitpunkt im richtigen Gewebe die richtigen Gene aktiviert werden? Welche Maschinen kann man über Jahre verwenden und welche müssen ständig erneuert werden?

Welcher Bauplan aus dem DNA-Schrank gezogen wird, um ein funktionstüchtiges Protein zu bauen, wird durch verschiedene Mechanismen bestimmt, die man als Genregulation zusammenfasst. Es gibt verschiedenen Ebenen auf denen diese Regulation abläuft. Genauso wie in einem gut funktionierend Unternehmen. In jedem Schritt der Herstellung eines Proteins können regulatorische Faktoren Einfluss nehmen. Ich will jetzt an dieser Stelle gar nicht die Schritte der Genexpression erklären (das meiste müsste ich mir selbst erst wieder anlesen). Stattdessen will ich euch ein kleinen Einblick in die Genomische Sprache geben, euch zeigen, was wir schon gelernt haben, und wie viel wir vermutlich noch lernen müssen.

Der Müll, der gar keiner ist

Scheibenwelt nach Pratchett. (Picture by PROGray Lensman QX! (CC BY-NC-SA 2.0))

Scheibenwelt nach Pratchett.
(Picture by PROGray Lensman QX! (CC BY-NC-SA 2.0))

Sokrates wusste schon, dass man sich seines Wissens nie sicher sein kann. Unsere Ansichten beruhen auf unserem derzeitigen Kenntnisstand. Die Menschheit glaubte einmal daran, dass die Erde eine Scheibe ist. Die Menschheit glaubte auch einmal daran, dass alle Bereiche der DNA, die keinen Bauplan für ein Protein enthalten, Müll sind. Stellt euch das vor, ein Buch, das zu 98 Prozent sinnlos aneinander gereihte Buchstaben enthält und nur zwei Prozent sinnvolle Wörter. Dass man das einmal geglaubt hat, scheint mir heute fast so surreal wie an eine platte Erde zu glauben.

Aber wenn nur zwei Prozent der DNA Baupläne für Proteine sind, wozu ist dann der ganze Rest gut? Nun ja, darin steht zum Beispiel geschrieben, wann und wo welcher Bauplan verwendet werden soll. In der Transkriptomik befassen sich Wissenschaftler damit, welche Abschnitte auf der DNA gerade exprimiert (also gelesen) werden. Das erkennt man daran, welche RNA Stücke gerade in einer Zelle vorliegen. Dabei haben die Wissenschaftler festgestellt, dass über 80 Prozent des menschlichen Genoms gelesen wird. Und dass ungefähr 98 Prozent von dem, was zu einem bestimmten Zeitpunkt gelesen wird, keine Baupläne für Proteine sind. Man nennt diese RNA Stücke nicht-kodierende RNA. “Nicht-kodierend” soll heißen “nicht Protein kodierend”. Diese RNA-Stücke werden also nicht in Proteine übersetzt.

Man weiß heute, dass diese nicht kodierenden RNAs viele Funktionen haben, vom An- un Abschalten einzelner Gene bishin zur Replikation der DNA. Im einzelnen kennt man die ganzen Funktionen aber noch längst nicht. Viele solcher nicht kodierender RNAs sind noch nicht einmal entdeckt wurden. Oder um es anders auszudrücken: Wir sind noch weit davon entfernt, Genomisch verhandlungssicher oder gar wie ein Muttersprachler zu sprechen, weil wir viele Wörter noch gar nicht kennen.

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Kommentare (15)

  1. #1 tomtoo
    30. September 2016

    Vielen Dank , gefällt mir sehr gut.
    Eine Frage:
    Wenn gesagt wird die Dna von Maus und Mensch ähnelt sich zu naja 90% (zahl einfach herausgegriffen) bezieht sich das auf kodierende oder auch auf nicht kodierende Dna?

  2. #2 Johann
    30. September 2016

    @tomtoo:
    meines WIssens nach bezieht es sich auf die Gene und deren Anzahl, somit auf den codierenden Bereich. Beide besitzen rund 30.000 Gene und 99% der Maus finden sich im Menschen wieder.

  3. #3 Franziska Hufsky
    30. September 2016

    @tomtoo & Johann:
    Ich würde da jetzt so pauschal keine Antwort darauf geben wollen. Eigentlich sollte immer dazu gesagt werden, worauf es sich bezieht. Dass das sonst zu unschönen Verwirrungen führt, seht ihr auch hier: http://blog.drwile.com/?p=697

  4. #4 roel
    *******
    30. September 2016

    @Franziska Hufsky Super interessanter Beitrag. Ich denke auch, dass CRISPR/Cas9 sicher eine tolle Chance ist, aber noch sehr viel Grundlagenforschung nötig ist. Ich hoffe die Grundlagenforschung wird vor dem großen Einsatz dieser neuen Technologie betrieben.

    @tomtoo und @Johann “naja 90%” bzw. 99%

    Ich habe das kurz recherchiert. Es sind verschiedene Angaben zu finden, siehe auch den Link in #3 . Eine meines Erachtens nach seriöse Aussage findet ihr hier:

    http://www.der-querschnitt.de/archive/23881

    “Heute geht man davon aus, dass sich Mensch und Maus ca. 70 % der proteinkodierenden Gene (DNA-Sequenzen, die den Code für die wichtigsten Akteure im Zellgeschehen enthalten) teilen. Allerdings stellen diese Gene gerade mal ca. 1,5 % des gesamten Erbguts beider Organismen. Was also ist mit dem Rest?

    Projekt Mouse ENCODE

    Diese Zusammenhänge untersuchte das 2007 ins Leben gerufene Mouse ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) Project, mit dem Ziel herauszufinden, wieso so viele medizinische Erkenntnisse und für den Menschen wirksame Therapien Versuchen an Mäusen zu verdanken sind, es auf der anderen Seite aber auch unzählige Wirkstoffe und Verfahren gibt, die im Mausmodel Grund zur Hoffnung gaben, beim Menschen aber keine Wirksamkeit zeigen. Hierzu entschlüsselte das Team erstmals die Kontrollzentren der Genregulation von Mäusen, und diese scheint sich bei Mensch und Maus grundlegend zu unterscheiden.

    Abschnitte im Genom, die bei Menschen und Nagern voneinander abweichen, jedoch lange Zeit als funktionslos galten, haben sich als wichtige Kontrollzentren der Genaktivität erwiesen. Sie beeinflussen maßgeblich, welche der proteinkodierenden Gene wann aktiv sind. Hier könnte auch die Erklärung dafür liegen, dass der Mäuseorganismus in Experimenten selbst dann manchmal anders reagiert, wenn die betroffenen Gene bei Maus und Mensch identisch sind.”

  5. #5 Dr. Webbaer
    30. September 2016

    Das Humangenom ist erfasst, ‘entschlüsselt’ meint eigentlich die Möglichkeit nützliche Erkenntnis zu gewinnen, oder?
    Ansonsten ist der Informationsgehalt der DNA so groß, dass, wie im WebLog-Artikel beschrieben, womöglich, aber auch mit Vorsicht, an den Reis oder die Kartoffel herangegangen werden darf, weniger aber an das tierische Leben und womöglich gar nicht an das erkennende Leben.

    MFG, vielen Dank für Ihre Nachricht und schönes Wochenende noch!
    Dr. Webbaer

  6. #6 rolak
    30. September 2016

    Mich würde mal interessieren, wer damals ‘entschlüsseln’ ins verbale Spiel gebracht hat, ging es doch beim human genome project um das schlichte (wenn auch technisch (damals) ungemein aufwendige) Abschreiben des Genoms, also bestenfalls um das Entziffern,
    Vielleicht ist das aber auch schon die Lösung, liegen doch im semantischen Spann des englischen ‘decipher’ beide Bedeutungen…

    Abgesehen davon sind Artikel wie dieser, über die Ungenauigkeit gewesener Modelle und deren stetige Verbesserung, ein wesentliches KommunikationsElement, zeigen sie doch unausweichlich den krassen Unterschied zwischen ergebnisoffener Forschung und die ewige Wahrheit zu wissen sich wähnenden Glauben.

  7. #7 Dr. Webbaer
    30. September 2016

    @ rolak :

    Der Name ‘Craig Venter’ darf hier genannt werden, er ist Unternehmer und Marketing, sozusagen nacktes Marketing mag stattgefunden haben.

    Erfassung, bei Craig Venter heißt dies ‘Sequenzierung’. [1]

    MFG
    Dr. Webbaer

    [1]
    Die Erfassung von Daten erfolgt sozusagen zwingend in der Sequenz, dies ist sozusagen das Wesen derartiger Erfassung.

    PS:
    Der zweite Absatz Ihrer Nachricht blieb hier weitgehend unverstanden, macht abär nichts, oder?

  8. #8 Markus Termin
    30. September 2016

    Vielen Dank für diesen brillanten Post! Ist es Zufall, dass die “Grafik des genetischen Codes” wie ein Horoskop aussieht :-) … ?

  9. #9 Dr. Webbaer
    1. Oktober 2016

    Bonus-Kommentar hierzu :

    “Ich weiß, dass ich nicht weiß” […]
    Das sind nur zwei Beispiele für Irrglauben, die uns zeigen, dass wir unser Wissen immer auch anzweifeln sollten und wir noch viel zu lernen haben.

    Sokrates hat ganz streng genommen nie gesagt, dass er weiß, dass er nichts weiß, sondern das (absolute, losgelöste) Wissen an sich in Frage gestellt – und versucht dieses durch die Unternehmung des Erkennens zu ersetzen.
    Das Erkennen (“Scientia”) als Handlungsimperativ herausstellend, die Ratio meinend, das Sapere Aude (Kant) wirkt hier vorweggenommen.

    Insofern ist die Scientia die Art und Weise, wie erkennende Subjekte Gegenstände und Gegenstandsbezüge pflegen, auch sogenannte Theorien (“Sichten”) meinend, und insofern ist ein soziales Unternehmen gemeint.

    Scientia, oft auch ein wenig täuschend Wissen genannt, ist insofern Erkenntnis, die in “n:m”-Beziehungen (der Informatiker weiß hier Bescheid) gepflegt werden, nämlich zwischen erkennendem Subjekt und Gegenstand (oder dbzgl. Bezüge meinend).


    Hmm, Opi Webbaer hat hier ein wenig ausgebaut, abär nicht ohne Not, denn die Bearbeitung von Gendatenhaltung ist ein “heißes Eisen”, das der Schreiber dieser Zeilen, ein kleines chapeau an dieser Stelle, bei der werten hiesigen Inhaltegeberin in guten Händen zu glauben weiß oder meint.

    MFG + schönes Wochenende noch!
    Dr. Webbaer

    • #10 Franziska Hufsky
      5. Oktober 2016

      Da habe ich mich wohl zu sehr auf Wikipedia verlassen:
      “Wörtlich übersetzt heißt der Spruch „Ich weiß als Nicht-Wissender“ bzw. „Ich weiß, dass ich nicht weiß“. Das ergänzende „-s“ an „nicht“ ist ein Übersetzungsfehler,…”

      Das ergänzende “s” habe ich extra weggelassen 😀

  10. #11 Dr. Webbaer
    1. Oktober 2016

    *
    gepflegt [wird]

  11. #12 tomtoo
    2. Oktober 2016

    Das ist so etwas was ich absolut noch nicht verstehe.
    Man geht doch davon aus, also so allgemein, dass die Natur hochoptimierte Systeme liefert. Und ausgerechnet im aller Innersten soll sie einen Riesenteil Schrott mit sich herumschleppen ?
    Dass ist kompliziert :(

  12. #13 Laie
    5. Oktober 2016

    Danke für den informativen Artikel!

  13. #14 Julian
    14. Oktober 2016

    Ich bedanke mich ebenfalls für den interessanten Artikel.

  14. #15 Julian
    14. Oktober 2016

    Danke!