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Menschliches Genom

Autor: Leandro Alegsa

01-11-2021

Das menschliche Genom ist auf 23 Chromosomenpaaren im Zellkern und in der kleinen mitochondrialen DNA gespeichert. Über die Sequenzen der DNA, die sich auf unseren Chromosomen befinden, ist inzwischen eine Menge bekannt. Was die DNA tatsächlich macht, ist heute teilweise bekannt. Die Anwendung dieses Wissens in der Praxis hat gerade erst begonnen.

Das Human Genome Project (HGP) produzierte eine Referenzsequenz, die weltweit in Biologie und Medizin verwendet wird. Nature veröffentlichte den Bericht des öffentlich finanzierten Projekts, und Science veröffentlichte Celeras Arbeit. In diesen Papieren wurde beschrieben, wie der Entwurf der Sequenz erstellt wurde, und eine Analyse der Sequenz gegeben. Verbesserte Entwürfe wurden in den Jahren 2003 und 2005 angekündigt und füllten ≈92% der Sequenz aus.

Das neueste Projekt ENCODE untersucht die Art und Weise, wie die Gene kontrolliert werden.

Grafische Darstellung des idealisierten menschlichen Karyotyps, die die Organisation des Genoms in Chromosomen zeigt. Diese Zeichnung zeigt sowohl die weibliche (XX) als auch die männliche (XY) Version des 23. Chromosomenpaares.

DNA und Proteine

Das menschliche Genom enthält etwas mehr als 20.000 proteinkodierende Gene, weit weniger als erwartet. Tatsächlich kodieren nur etwa 1,5% des Genoms für Proteine, während der Rest aus nicht-kodierenden RNA-Genen, regulatorischen Sequenzen und Introns besteht.

Ein einzelnes Gen kann jedoch durch RNA-Spleißen eine Vielzahl von Proteinen produzieren. Ein bestimmtes Drosophila-Gen (DSCAM) kann alternativ in 38.000 verschiedene mRNAs gespleißt werden. Jede mRNA kodiert für eine andere Peptidkette. Daher liegt die Anzahl der produzierten Proteine weit über der Anzahl der kodierenden Gene.

Mit RNA-Splicing und post-RNA-Translationsänderungen kann die Gesamtzahl der einzigartigen menschlichen Proteine in den niedrigen Millionen liegen.

Die Vorstellung, dass die meiste DNA nutzloser "Schrott" ist, ist falsch. Mindestens 80% des Genoms haben bestimmte Funktionen.

Unterschiede zwischen Menschen und Schimpansen

Das Tier, das jetzt am Leben ist und dem Menschen am nächsten steht, ist der Schimpanse. 98,4 % der DNA ist zwischen Mensch und Schimpanse gleich. Dies gilt jedoch nur für Einzelnukleotid-Polymorphismen, d.h. Veränderungen nur in einzelnen Basenpaaren. Das Gesamtbild ist etwas anders.

Der Entwurf der Sequenz des gemeinsamen Schimpansengenoms wurde 2005 veröffentlicht. Er zeigte, dass die Regionen, die sich so ähnlich sind, dass sie aneinander ausgerichtet werden können, 2400 Millionen der 3164,7 Millionen Basen des menschlichen Genoms ausmachen, d.h. 75,8% des Genoms.

Diese 75,8% des menschlichen Genoms unterscheiden sich in Einzel-Nukleotid-Polymorphismen (SNPs - Veränderungen einzelner DNA-"Buchstaben" im Genom) um 1,23% vom Schimpansengenom. Eine andere Art von Unterschieden, die als "Indels" (Insertionen/Deletionen) bezeichnet werden, machen weitere ~3% Unterschied zwischen den ausrichtbaren Sequenzen aus. Darüber hinaus führt die Variation der Kopienzahl großer Segmente (> 20 kb) ähnlicher DNA-Sequenzen zu einem weiteren Unterschied von 2,7% zwischen den beiden Arten. Somit könnte die Gesamtähnlichkeit der Genome bis zu etwa 70% betragen.

Fragen und Antworten

F: Wo ist das menschliche Genom gespeichert?

A: Das menschliche Genom ist auf 23 Chromosomenpaaren im Zellkern und in der kleinen mitochondrialen DNA gespeichert.

F: Was weiß man heute über die DNA-Sequenzen auf unseren Chromosomen?

A: Über die DNA-Sequenzen auf unseren Chromosomen ist inzwischen eine ganze Menge bekannt.

F: Was ist das Humangenomprojekt?

A: Das Humangenomprojekt (HGP) ist ein Projekt, das eine Referenzsequenz des menschlichen Genoms erstellt hat.

F: Wie hoch ist der Prozentsatz der Sequenz, der nach den verbesserten Entwürfen ausgefüllt wurde?

A: Die in den Jahren 2003 und 2005 veröffentlichten verbesserten Entwürfe haben ≈92% der Sequenz ausgefüllt.

F: Welches ist das neueste Projekt, das die Art und Weise untersucht, wie Gene kontrolliert werden?

A: Das neueste Projekt, ENCODE, untersucht die Art und Weise, wie Gene kontrolliert werden.

F: Obwohl die Sequenz des menschlichen Genoms vollständig bestimmt wurde, ist sie dennoch vollständig verstanden?

A: Nein, die Sequenz des menschlichen Genoms ist noch nicht vollständig geklärt.

F: Welche Aufgabe hat die nichtcodierende DNA im Genom?

A: Die nichtcodierende DNA im Genom hat wichtige Aufgaben wie die Regulierung der Genexpression, die Organisation der Chromosomen und die Steuerung der epigenetischen Vererbung.