Am 12. Februar 2001 war es soweit: Nach mehr als zehn Jahren der Arbeit veröffentlichten die Wissenschaftler des Humangenomprojekts die erste entschlüsselte Version des menschlichen Genoms. Beruhend auf Fragmenten verschiedener DNA-Proben zeigte diese Sequenzierung die Abfolge der DNA-Basen im rund 3,2 Milliarden “Buchstaben” langen genetischen Bauplan des Menschen. Seither sind DNA-Analysen und -Vergleiche zum Standard-Werkzeug vieler Wissenschaftsgebiete geworden. Sie helfen beim Aufspüren von Krankheitsgenen, der Rekonstruktion von Herkunft und Migrationsbewegungen verschiedener Populationen oder der Entwicklung neuer Gentherapien.
Lange Abschnitte statt kurzer Fragmente
Doch eine Lücke gab es bislang bei dieser Forschung: Wegen methodischer Einschränkungen mussten für diese Vergleiche die Genome in kurze Fragmente zerteilt, diese vermehrt und dann einzeln analysiert und durch Abgleich mit Referenzgenomen wieder in richtiger Reihenfolge zusammengefügt werden. Diese Methoden eignen sich zwar gut dazu, Unterschiede in nur einer DNA-Base oder kurzen Abschnitten aufzuspüren, andere prägende Strukturvarianten des Erbguts lassen sich damit jedoch kaum untersuchen. So fallen Basenfolgen mit vielen Wiederholungen heraus, weil sie sich schwer zuordnen lassen, und auch Veränderungen längerer Abschnitte, sogenannte Strukturvarianten, sind mit der klassischen Kurzstrang-Sequenzierung kaum identifizierbar. Gerade sie haben jedoch einen erheblichen Einfluss auf die Genfunktion und können auch bei der Charakterisierung von individuellen und populationsgenetischen Unterschieden helfen. “Die erste menschliche Genomsequenz war ein großer Schritt nach vorn, aber sie war unvollständig”, erklärt Co-Autor Charles Lee vom Jackson Laboratory for Genomic Medicine in den USA. “Neben der Variation einzelner Basen wissen wir heute, dass auch strukturelle Varianten ganz wesentlich zu den genomischen Unterschieden zwischen Individuen beitragen.”
Deshalb hat nun ein internationales Forschungskonsortium um Peter Ebert von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf jüngste Fortschritte in der Sequenzierungstechnologie genutzt, um neue Referenzgenome zu erstellen. Die DNA dafür stammt von 32 Menschen aus verschiedensten Teilen der Erde, die zu 25 verschiedenen Populationsgruppen aus Afrika, Nordamerika, Ost- und Südasien und Europa gehören. Für ihr Projekt unterzogen die Forscher das Erbgut einer sogenannten Long-Read-Genomanalyse. Gleichzeitig jedoch sequenzierten sie den jeweils väterlichen und mütterlichen Erbgutanteil jeder Person getrennt. Denn in jeder Zelle tragen wir 23 Chromosomenpaare und in jedem Paar stammt ein Chromosom vom Vater und eins von der Mutter. „Für jedes menschliche Individuum, das an der Studie teilgenommen hat, haben wir nicht ein, sondern zwei Genome identifiziert – eines für jeden Chromosomensatz,“ erklärt Jan Korbel vom Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL).
