Max-Planck-Schule Kiel
Interneteinsatz im Unterricht (2001)

DNA-Doppelhelix

The Human Genome Project

 DNA-Doppelhelix


Menschliches Embryo Schemadarstellung menschlicher Chromosomen Der Mensch

DNA-Doppelhelix
Genetik / Gen-Ethik und die Entschlüsselung des menschlichen Erbguts		 DNA-Doppelhelix

Das Human Genome Project Fortschritt des Human Genome Projects Ethische Fragen Begriffserläuterungen Quellen



Das Human Genome Project
Das Human Genome Project (HGP) wurde 1990 vom US-Department of Energy (DOE), National Institute of Health (NIH) und anderen internationalen Gruppen in den USA gestartet. Ursprünglich sollte das Vorhaben innerhalb von 15 Jahren und mit einem Gesamtetat von drei Milliarden Dollar abgeschlossen werden.
Inzwischen wurden auch in anderen Ländern wie Großbritannien, Deutschland und Japan Genomprojekte gestartet, die mit den amerikanischen Bemühungen im Rahmen der Human Genome Organsiation (HUGO) koordiniert werden.
Das HGP hat das Ziel, das gesamte menschliche Genom, also alle 3,2 Milliarden Basen ("Buchstaben des Lebens"), bis zum Jahr 2005 zu entschlüsseln und alle, damals angenommene ca. 100.000 menschlichen Gene zu identifizieren und die in seinem Erbmaterial niedergelegte genetische Information in allen Einzelheiten zu verstehen.

Die erste Phase des Projekts von 1990 bis 1995 sollte beispielsweise das menschliche Genom vollkommen sequenzieren, Technologien für die DNA-Analyse entwickeln und zusätzlich das Genom anderer Organismen wie das der Fruchtfliege Drosophila melanogaster oder des Darmbakteriums Escherichia coli sequenzieren.
Gentechnik-LaborWährend der laufenden Sequenzierungen haben die Wissenschaftler interessante Feststellungen gemacht. Das Genom des Menschen stimmt zu 99% mit dem des Menschenaffen überein und unterscheidet sich auch von dem einer Hausmaus in kaum mehr als einem Prozent. Weiterhin wurde erkannt, dass jeder Mensch - ausgenommen genetisch identische Zwillinge - sich von jedem anderen nur in etwa einem Tausendstel der Basen unterscheidet.
Vermutlich werden die beteiligten Wissenschaftler die komplette Sequenzierung bereits im Jahr 2003 erreichen und deutlich weniger Geld benötigen, als ursprünglich angenommen. Eine erste Landkarte der menschlichen Erbanlagen war bereits im Frühjahr 2000 fertig. Die Sorge, daß eine Privatfirma das Wissen um die menschlichen Gene kontrollieren könne, habe in jüngster Zeit zu einer starken Aufstockung der finanziellen Mittel geführt.
Das HGP ist mit einem Umfang von ca. 3 Milliarden US-Dollar das größte Projekt, das jemals in der Biologie begonnen wurde. Seit 1995 beteiligt sich auch Deutschland mit jährlich ca. 40 Millionen DM an diesem Unternehmen.

Der Grund für den hohen finanziellen Einsatz ist die Hoffnung, die Medizin auf eine völlig neue Basis zu stellen. Schon lange vor seinem Abschluß verspricht das Humangenomprojekt, Biologie und Medizin zu revolutionieren. Durch die Identifizierung von Genen, die an der Entsthehung vom Krankheiten beteiligt sind, können zielgerichtete Ansätze für Vorbeugung, Diagnose und Behandlung einer Großzahl von Erkrankungen ermöglicht werden. Genetisch bedingte Erkrankungen sind zwar im Allgemeinen relativ selten, doch ihre Auswirkungenen sind oft dramatisch.
Die Bedeutung des Humangenomprojekts geht jedoch weit über den Bereich der genetisch bedingten Erkrankungen hinaus. So wird die Kenntnis aller molekularen Grundbausteine des menschlichen Organismus helfen, neue Zielmoleküle für eine gerichtetere Medikamentenentwicklung zu finden. Zudem werden vom Humangenomprojekt auch wichtige Impulse für das Verständnis der Krebsentstehung und die Behandlung dieser Erkrankungen ausgehen.

Schon in seinen ersten 11 Jahren hatte das Humangenomprojekt beträchtliche Erfolge vorzuweisen. Dank der Möglichkeiten, die sich aus dem Projekt entwickelt haben, hat sich die Geschwindigkeit der Entdeckung neuer Gene mehr als verfünffacht. Das Gen, das an der Entstehung der Mukoviszidose, der häufigsten tödlichen genetisch bedingten Erkrankung bei Europäern, beteiligt ist, wurde bereits 1989 identifiziert.
1994 und 1995 wurden zwei Gene entdeckt, die bei seltenen erblichen Formen von Brustkrebs eine Rolle spielen. Trägerinnen eines solchen veränderten Gens haben ein stark erhöhtes Risiko, Brustkrebs zu entwickeln. Jetzt, da die Gene bekannt sind, ist es durch einen Test möglich, das veränderte Gen nachzuweisen.



Fortschritt des Human Genome Projects

September 1988
Das Office of Human Genome Research wird gegründet. Nobelpreisträger James Watson, Mitentdecker der Doppelhelix-Struktur der DNA, wird Vositzender.

April 1992
Watson tritt aufgrund von Interessenskonflikten als Vorsitzender zurück, Francis Collins von der University of Michigan tritt seine Nachfolge an.

Juni 1992
Craig Venter verlässt das NIH um The Institute for Genomic Research (TIGR) in Rockville, Maryland zu gründen.

September 1994
Französische und amerikanische Wissenschaftler veröffentlichen eine komplette Karte des meschlichen Genoms, ein Jahr früher als geplant.

Mai 1998
Venter gründet eine Gesellschaft, die später als Celera bekannt wird. Sie will das menschliche Genom "innerhalb von drei Jahren" entschlüsseln. Im gegensatz zum HGP will Venter die Forschungsergebnisse nicht der Öffentlichkeit zur Verfügung stellen.

September 1999
Das NIH started ein Projekt zur Sequenzierung des Maus-Genoms

November 1999
Das HGP feiert das Sequenzieren von einem Milliardstel der Basen der menschlichen DNA.

Dezember 1999
Erstes komplettes Chromosom - Chromosom 22 - sequenziert.

März 2000
Celera und akademische Mitarbeiter veröffentlichen die "im Wesentlichen komplette" Sequenz der Fruchtfliege Drosophila melanogaster.

März 2000
Das HGP gibt das erfolgreiche Sequenzieren von zwei Milliarden Basen des menschlichen Genoms bekannt.

April 2000
Celera verkündet die Vollständigkeit der "Roh-Sequenzier-Phase" des menschlichen Genoms einer Person.

Mai 2000
Das HGP-Konsortium veröffentlicht unter der Leitung von deutschen und japanischen Wissenschaftlern die komplette Sequenzierung des Chromosom 21.

Januar 2001
Die vermutete Zahl der menschlichen Gene - angenommen wurden 100.000 - wird korrigiert. Nach neusten Erkenntnissen hat der Mensch nur 30.000 Gene.

April 2001
Celera gibt die vollständige Sequenzierung des Mausgenoms bekannt. Die Ergebnisse sollen nicht in wissenschaftlichen Magazinen veröffentlicht werden.




Ethische Fragen

Die staatliche Förderung des HGP in den USA wurde an die Bedingung geknüpft, dass 5 % des jährlichen Budgets für dieBürgerrechtsbewegung Erforschung der ethischen, juristischen und sozialen Implikationen (ethical, legal and social issues, ELSI) bereitgestellt werden (Jahresetat von 7 Mio. US$ im Jahr 1995).
Rechtlich und gesellschaftlich muß sichergestellt sein, dass genetische Daten nur mit Zustimmung des Betroffenen erhoben werden. Diese Informationen dürfen keinesfalls zum Nachteil der getesteten Person sein und nicht unerlaubt an Dritte weitergegeben werden. Es muß ausgeschlossen sein, daß ein Mensch aufgrund einer Veranlagung für eine bestimmte Erkrankung gegenüber Versicherungen oder auf dem Arbeitsmarkt benachteiligt wird. Weitere Diskussionsthemen von ELSI sind die Gerechtigkeit der Anwendung genetischer Kenntnisse, mögliche Veränderungen des Konzeptes von Individualität, Vertraulichkeit der Daten, Einfluss auf Reproduktionsmedizin und Medizin allgemein, Missbrauch der Genetik in der Vergangenheit, Aufklärung der Öffentlichkeit, Probleme der Kommerzialisierung und Forschungsprobleme.

Im Zusammenhang mit der Diskussion um die Erfassung genetischer Daten werden häufig die gesamten gentechnischen Methoden unter ethischen Aspekten betrachtet.
Im November 1998 berichteten zwei Arbeitsgruppen aus den USA und Israel, daß es erstmals gelungen ist, menschliche Stammzellen dauerhaft in der Gewebekultur zu halten. Stammzellen, die durch künstliche Befruchtung entstandenen sind, sind unsterblich, unbegrenzt vermehrungsfähig und können sich theoretisch in jeden der rund 210 Zelltypen des menschlichen Körpers entwickeln. Diese Eigenschaften versprechen eine ganze Reihe von revolutionären wissenschaftlichen und medizinischen Neuerungen, zum Beispiel bei der Behandlung von Krebs, der Parkinsonschen Krankheit, der Alzheimerschen Krankheit oder des Diabetes, die Züchtung von menschlichen Geweben und Organen im Labor, die Durchführung von Medikamententests an menschlichen Zellen anstelle von Tieren und die Entwicklung neuartiger Medikamente durch ein besseres Verständnis der Spezialisierung von Zellen.

Hingegen verbietet das Embryonenschutzgesetz jegliche fremdnützige Forschung an und mit Embryonen. Im "Zusatzprotokoll über das Verbot des Klonens von menschlichen Lebewesen", das von den Mitgliedstaaten des Europarats, von anderen Staaten und von der Europäischen Gemeinschaft unterzeichnet wurde, lautet Artikel 1:
Verboten ist jede Intervention, die darauf gerichtet ist, ein menschliches Lebewesen zu erzeugen, das mit einem anderen lebenden oder toten menschlichen Lebewesen genetisch identisch ist.
Im Sinne dieses Artikels bedeutet der Ausdruck "menschliches Lebewesen, das mit einem anderen menschlichen Lebewesen 'genetisch identisch' ist" ein menschliches Lebewesen, das mit einem anderen menschlichen Lebewesen dasselbe Kerngenom gemeinsam hat.
 Damit ist die Entnahme von Zellen aus einem Embryo verboten. Die Übertragung eines Zellkerns in entkernte Eizellen mit dem Ziel der Erzeugung von Stammzellen mit dem Erbgut des Zellempfängers ist ebenfalls verboten, da mit Hilfe derselben Technik bestimmte Zellen entstehen können, aus denen Menschen geklont werden könnten.

Severino AntinoriTrotz aller Proteste und Diskussionen will der umstrittenene italienische Reproduktionsmediziner Severino Antinori innerhalb 18 Monaten einen Menschen klonen. Gemeinsam mit dem US-Fortpflanzungsforscher Panayiotis Zavos wolle er nach eigenen Angaben damit kinderlosen Paaren zu einem Kind verhelfen.
Zehn Paare hat Severino Antinori ausgesucht, die sich geklonte Kinder wünschen. "Wir werden voraussichtlich Ende gegen Ende des Jahres beginnen, die Geburt wäre dann im Sommer 2002.", sagte er kürzlich in einem Interview mit dem Spiegel. Da in der europäischen Union dem Mediziner die Gesetze im Wege stehen, werde er daher auf "ein Mittelmeerland" ausweichen.


Begriffserläuterungen

Chromosom:
Wegen ihrer Länge um Eiweißstoffe aufgewickeltes DNA-Mulekül, welches die Erbsubstanz DNA für Hunderte oder Tausende verschiedener Gene, den Einheiten der Vererbung enthält. Der Mensch hat 46 Chromosomen im Zellkern ,die als 23 Chrmosomenpaare vorliegen.

DNA:
DNA steht für deoxyribonucleic acid (Desoxyribonukleinsäre oder DNS). Die DNA ist die chemische Substanz, die durch ihre einzigartige Struktur Information über den Bauplan des Lebens speichern und weitergeben kann. Die Information ist durch die Abfolge ("Sequenz") von vier verschiedenen Bausteinen, den Nukleobasen Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T) entlang des fadenförmigen DNA-Moleküls verschlüsselt. Die DNA besteht eigentlich aus zwei einzelnen Molekülen, die sich wie ein Reißverschluß zu einem Doppelstrang zusammenlagern. Die Basen der beiden Einzelstränge bilden dabei sich gegenüberstehende Paare. Dabei kann A immer nur T und C immer nur G gegenüberstehen. Das fadenförmige DNA-Molekül ist beim Menschen auf 23 einzelnen Chrmosomen aufgewickelt.

Gen:
Jedes Gen entspricht einem bestimmten Abschnitt des doppelsträngigen DNA-Moleküls. Es enthält die Anleitung zur Herstellung eines spezifischen Moleküls. Diese Anleitung ist durch die unterschiedliche Abfolge der vier Nukleobasen A, G, C und T festgelegt. Dabei bestimmt die Kombination aus jeweils drei aufeinanderfolgenden Nukleobasen der Erbsubstanz einen Baustein eines Proteins.

Genom:
Gesamtheit der Erbinformationen, das beim menschen Humangenom genannt wird. Es besteht nur aus etwa drei prozent aus ungefähr 30.000 Genen. Der Rest sind häufig wiederkehrende chemische Verbindungen, deren Bedeutung noch nicht erforscht ist. Über 99 Prozent der Erbinformationen sind bei allen Menschen gleich.

Klonen/Klonieren:
Identisches Vervielfältigen von DNA-Molekülen, Zellen oder ganzer Lebewesen. Alle Zellen eines Organismus sind Klone der befruchteten Eizelle. Das "reproduktive Klonen" erzeugt ganze Lebewesen und ist beim Menschen bisher noch verboten. Das "therapeutische Klonen" ist das Klonen von Organen aus menschlichen Zellen. Dieses ist bisher noch nicht gelungen.

Protein:
Die Bausteine der Proteine sind Aminosäuren. Die Proteine bilden nicht nur das Grundgerüst der einzelnen Zellen, sie sind lebenswichtige Komponenten aller Organe und an allen chemischen Abläufen im Körper beteiligt. Aufgrund der in der Erbsubstanz DNA festgeschriebenen Bauanleitung werden die verschiedenen Aminosäuren wie Perlen an einer Kette aneinandergereiht. Die Funktion der Proteine wird durch ihre Form bestimmt, die ihrerseits durch die Abfolge der Aminosäuren bestimmt ist.

Stammzelle:
Zelle, die sich vervielfältigen und differenzieren kann. Sie ist nutzbar als Ausgangsstoff zum Klonen. Besonders geeignet sind befruchtete Eizellen, weil in diesen embryonalen Stammzellen noch sämtliche Erbinformationen aktiv sind. Ihre Nutzung ist aus ethischen Gründen umstritten.

Zellkern:
Im Innern eines jeden Zellkerns ist das Erbmaterial, die DNA, die eine Länge von fast zwei Meter hat, in 23 Chromosomenpaaren verpackt. Ein Chromosomenpaar besteht aus je zwei Chromosomen, von denen jeweils eines von der Mutter und eines vom Vater stammt.


Quellen

© by Björn Schröder 2001