Es gibt 100 Billionen Zellen im menschlichen Körper, und in jeder von ihnen befindet sich ein winziger genetischer Cluster, der die schwierigste Arbeit leistet. Frank Ryan, Arzt und Evolutionsbiologe, beschreibt die komplexen Mechanismen eines Genoms, das als ganzheitliches System fungiert und nicht nur als eine Reihe von Genen, die Proteine codieren - der erste Baustein des Lebens. Darüber hinaus gibt es subtile „Schalter“ im Genom, die Teile unserer DNA regulieren und kontrollieren. Auch das Zusammenspiel von Retroviren und Bakterien spielt eine Rolle.
Dieses revolutionäre Buch erzählt von einer neuen Ära, die vor uns beginnt, in der wir viele Krankheiten nicht nur heilen, sondern auch ausrotten können.
Auszug aus dem Buch. Der erste Überblick über das menschliche Genom
Am Samstag, den 12. Februar 2001, kündigten zwei konkurrierende Organisationen - Celera Genomics und das Humangenomprojekt (mit Unterstützung vieler Regierungs- und Wohltätigkeitsorganisationen in den USA, Großbritannien, Deutschland, Japan und Frankreich) - gleichzeitig den Abschluss der ersten Phase einer vollständigen Entschlüsselung des menschlichen Genoms an. Dies löste in den Weltmedien eine Welle der Begeisterung aus. US-Präsident Bill Clinton begann eine Laudatio-Ode, die vom britischen Premierminister Tony Blair aufgegriffen wurde, und nach ihnen kündigten die nationalen Führer und führenden Wissenschaftler jedes Landes den Beginn einer neuen Ära des Wissens und der Forschung an. Roger Highfield, wissenschaftlicher Herausgeber von The Daily Telegraph, drückte es unverblümt aus: "Gegenläufige Wissenschaftler öffnen das Buch des Lebens." Laut Andy Coglan und Michael Le Page, Korrespondenten von New Scientist, wird das Genom bald in Schulen als Periodensystem unterrichtet. Es bestand kein Zweifel, dass diese Entdeckung den Beginn einer neuen Stufe in der Genetik markiert und einen großen Schritt nach vorne und eine logische Fortsetzung der Entdeckungen auf dem Gebiet der DNA darstellt. Und genau wie bei der DNA begannen erneut Konflikte zwischen den beiden rivalisierenden Gruppen.
Der Projektleiter für Humangenom, Watson, machte das Projekt international und sicherte so die Unterstützung, Dankbarkeit und das Engagement vieler Wissenschaftler auf der ganzen Welt. Darüber hinaus stellte er einen kleinen Teil der Mittel zur Verfügung, um Intellektuellen und Politikern die soziologischen, religiösen und ethischen Ideen bezüglich des Projekts zu vermitteln. In der Wissenschaft haben viele in Celera Genomics arrogante Emporkömmlinge gesehen, die vom Unternehmerwissenschaftler John Craig Venter angeführt wurden. Aber er sollte seine Schuld bekommen - Venter gelang es dank seiner Einsicht und seines Charmes, eine lange Liste erstaunlicher wissenschaftlicher Durchbrüche zu schaffen, einschließlich neuer Bereiche der Genforschung. Wie Watson, Creek und Wilkins bemerkte Venter, dass er vom Buch Schrödinger inspiriert war.
Venter entwickelte sich als Wissenschaftler und arbeitete am US-amerikanischen National Institute of Health neben Marshall Nirenbergs Büro, der zur Entdeckung des Histoncodes beitrug. 1992 organisierte Venter, der es schwierig fand, den gemächlichen Fortschritt in seiner Umgebung zu ertragen, sein eigenes kommerzielles Labor, das Institut für Genomforschung (TIGR). Jetzt konnte er die automatisierte Sequenzierung mit einem neuen Ansatz kombinieren, den sein Forschungsteam erfunden hatte - dem „Maschinengewehrgürtel“, bei dem die langen genetischen Sequenzen in lebenden Organismen in kleinere Teile zerlegt werden konnten. Die Wissenschaftler teilten das Genom in immer kleinere Teile auf und fanden sich wiederholende Fragmente, mit denen später die gesamte Nukleotidsequenz einer Mikrobe oder beispielsweise eines menschlichen Chromosoms wiederhergestellt werden konnte.
Die Technik des Maschinengewehrgürtels könnte die Arbeit an dem Projekt beschleunigen, aber die Rivalen von Venter haben die Methode als potenziell ungenau eingestuft. Dennoch veröffentlichte Venter 1995 einen Artikel über seinen ersten Sieg: Zum ersten Mal wurde er vollständig vom Genom eines lebenden Organismus entschlüsselt - dem Haemophilus influenza-Bakterium, das Atemwegserkrankungen und andere Infektionen verursacht. Danach wurde das Genom des Bakteriums, das das Geschwür verursacht, Helicobacter pylori, entschlüsselt. Im März 2000 wurde es schließlich durch das Insektengenom entschlüsselt, eine Fruchtfliege, die aus den Experimenten von Thomas Hunt Morgan bekannt war. Und die skeptischen wissenschaftlichen Kreise wurden sozusagen eingerichtet.
1998 kooperierte Venter mit Perkin Elmer, der Fusion der Perkin Elmer Corporation und des Instituts für Genforschung, aus der ein neues Unternehmen hervorging - Celera Genomics. Das lateinische Wort celera bedeutet „beeilen Sie sich“ und betont die Bedeutung der Forschungsgeschwindigkeit. Venter machte deutlich, dass das Ziel des Unternehmens nicht die Biotechnologie an sich ist, sondern die Bereitstellung von Informationen. Laut James Shreve, der diese erstaunliche Zeit beschrieb, ist das von Celera Genetics vermarktete Produkt eine riesige genetische Basis, die auf der menschlichen Genomsequenz basiert. Für das neue Unternehmen von Venter war das Wesentliche der Existenz die Rivalität mit dem Humangenomprojekt, das staatliche Subventionen erhält.
1992 widersprach James Watson ernsthaft Bernardine Healy, die zu dieser Zeit für das Humangenomprojekt verantwortlich war. Healy stimmte der Kongressrichtlinie zu, dass die Entdeckungen der Organisation durch Patente unterstützt werden sollten. Watson protestierte vehement und verspottete Healy, bis sie ihn entließ, "müde von beleidigenden Bemerkungen". Im selben Jahr wurde Watson durch den diplomatischeren Francis Collins ersetzt. Wellcome Trust in Großbritannien begann mit der Einrichtung des Sanger Centre, eines riesigen Labors zur Dekodierung von Genomen in der Nähe von Cambridge, das mit dem Nationalen Zentrum für Gesundheitsforschung am Humangenomprojekt zusammenarbeitete.
Das ehrgeizige Unternehmen Celera brachte 200 der leistungsstärksten Code-Decodiermaschinen auf den Markt und kombinierte die industrielle Produktionsgeschwindigkeit mit der Venter-Methode „Maschinengewehrgürtel“, bei der 46 Chromosomen aus 6,4 Milliarden Proteinen in kleine Stücke geteilt wurden. Diese Stücke wurden in Sequenzerbänken dekodiert, wonach ein ganzes Genom daraus zusammengesetzt werden konnte. Der Celera-Ansatz sollte, wie Venter es sah, die Zeit für die Fertigstellung des Projekts von zehn Jahren, die von seinen Konkurrenten angekündigt wurden, auf sieben Jahre verkürzen. Gleichzeitig stellte Collins mit Unterstützung vieler Wissenschaftler, die für das Humangenomprojekt arbeiteten, die Ansicht in Frage, dass ein solcher Ansatz zu inakzeptablen Ungenauigkeiten führen könnte. Jetzt machten sich die Wissenschaftler Sorgen um etwas anderes: Die kommerzielle Denkweise von Venter wird trotz seiner Zusicherungen zu einer Einschränkung des Zugangs zu Genomdaten führen und somit die nachfolgende Forschung einschränken. Einige Wissenschaftler befürchteten sogar, dass Celera versuchen könnte, das Urheberrecht für das menschliche Genom zu übernehmen.
Die Gegner tauschten immer noch stechende Witze aus, die in den Medien bekannt wurden, als beide Unternehmen 2001 ihre Entdeckungen bekannt gaben: Celera veröffentlichte die Ergebnisse in der führenden amerikanischen Zeitschrift Science, und das Genome Project nutzte sein britisches Gegenstück Nature. Als Ergebnis haben wir zwei Möglichkeiten, das Genom zu entschlüsseln. Celera erklärte klar, dass sie nur Wissenschaftlern Zugang zu Daten gewähren würden, dies würde jedoch nicht für die kommerzielle Nutzung gelten. Am Ende gaben sie Hunderte Millionen Dollar für diese Studien aus und jetzt müssen sie als Handelsunternehmen das ausgegebene Geld zurückgeben und etwas Gewinn aus dem Projekt ziehen. Eine andere Organisation, die vom Staat finanziert wurde, sagte jedoch, dass alle ihre Entdeckungen für jedermann zugänglich seien.
Vielleicht werden einige Leser empört sein, dass kommerzielle Interessen in den Schrein des menschlichen Genoms eindringen. Tatsächlich kommt es jedoch häufig zu einer Konfrontation zwischen kommerziellen Interessen und den Interessen der Öffentlichkeit in Medizin und Biologie. Es ist manchmal schwierig, eine klare Grenze zwischen diesen Ansätzen zu ziehen, aber in der Praxis beinhaltet die Forschung in den wichtigsten Bereichen wie Impfstoffen, Antibiotika und Krebsmedikamenten immer ein komplexes Gleichgewicht zwischen den beiden Gegensätzen.
Hier gelang auf zwei Arten gleichzeitig ein wissenschaftlicher Durchbruch, und beide Seiten verdienen stürmischen Applaus. Dank zweier Veröffentlichungen in den Fachzeitschriften Nature und Science (15. bzw. 16. Februar) lernte die Welt der Wissenschaft und der Menschheit insgesamt die unglaublich komplexen molekularen Strukturen kennen, die unseren Genen zugrunde liegen. Die Entschlüsselung des Genoms versprach epochale Veränderungen in der Zukunft der Biologie und Medizin - im Allgemeinen in der Zukunft der Menschheit - und führte zu schwindelerregenden und sehr unerwarteten Entdeckungen. Zeitungen und Zeitschriften schrieben: Wenn wir die Genomkarte entschlüsseln, lernen wir die Essenz des Lebens. Tatsächlich stellte sich heraus, dass diese Karte eine solide Terra Incognita ist.
Wenn wir über einen Durchbruch bei wissenschaftlichen Entdeckungen sprechen, übertreiben wir oft. Es kam jedoch zu einem Durchbruch nach dem anderen, der der wissenschaftlichen Welt drei enorme Überraschungen brachte, von denen jede für sich eine neue Herausforderung, ein neues Rätsel war. Das Bild wird klarer, wenn wir uns das Diagramm ansehen.
Ich muss klarstellen, dass dieses Diagramm eine Art Metapher ist, eine Annahme. Es zeigt den Prozentsatz verschiedener genetischer Elemente im Genom, aber nicht, wo sich all dies auf unseren 46 Chromosomen befindet. Zu diesem Zeitpunkt waren die meisten Genetiker hauptsächlich an Genen interessiert, die für Proteine kodieren, und in diesem Bereich wurde das erste Rätsel gefunden, auf das wir stießen.
Biochemiker haben die Proteinmenge im menschlichen Körper auf ungefähr 100.000 geschätzt. Wir gingen davon aus, dass es so viele Gene geben wird, die diese Proteine codieren. Die Genetik wollte wissen, wie viele Gene tatsächlich existieren und wo genau sie sich auf den Chromosomen befinden. Was für ein Schock stellte sich heraus, dass diese Gene weniger als 2% des gesamten Genoms ausmachten, vielleicht sogar 1,5! Es sah so aus, als ob es für sie einfach unmöglich wäre, alle 100.000 Proteine zu codieren, aus denen der menschliche Körper aufgebaut ist.
Was und wo ist es schief gelaufen?
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The Mysterious Genome