Am 14. April 2003, Wissenschaftler angekündigt das Ende einer der bemerkenswertesten Errungenschaften der Geschichte: der ersten (fast) vollständigen Sequenzierung eines menschlichen Genoms. Es war der Höhepunkt eines mehr als zehnjährigen Unterfangens, an dem Tausende von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt beteiligt waren. Viele Menschen hofften, dass die Errungenschaft die Welt zum Besseren verändern würde.

Zum 20-jährigen Jubiläum dieses historischen Ereignisses haben wir einen Blick zurück geworfen Humangenomprojekt und seine Wirkung. Wie hat es die Wissenschaft vorangebracht? Wie viele der erwarteten Ziele wurden seitdem erreicht? Und was steht dem Studium der Genetik bevor?

Ein Genom ist die Gesamtheit der genetischen Informationen, die einen Organismus ausmachen. Diese Informationen werden in DNA-Sequenzen verpackt, die wir Gene nennen, die beim MenschenNS sind auf 23 Chromosomenpaare verteilt. Nur ein kleiner Teil dieser Gene enthält die Anweisungen für die Codierung der vielen lebenswichtigen Proteine, aber ein Großteil des Rests wird immer noch als wichtig für unser Funktionieren angesehen. Wie Wissenschaftler schließlich bestätigen würden, enthält eine Kopie des menschlichen Genoms etwa 3 Milliarden DNA-Basenpaare. Das schiere Ausmaß des Aufwands, der erforderlich war, um all dies zu kartieren, entging den an dem Projekt beteiligten Forschern nicht, insbesondere nichtAngesichts der vor Jahrzehnten verfügbaren Technologie.

„Es gab viele Analogien, die Leute vorgebracht haben – wie zum Beispiel, dass wir Lewis und Clark sind. Wir hatten nicht wirklich eine Karte“, sagte Richard Gibbs, Gründer und Direktor des Baylor College of Medicine Human Genome Sequencing Center in Texas, einer der wichtigsten an dem Projekt beteiligten Institutionen.

Gibbs und seine vielen Kollegen wussten, dass sie Kompromisse eingehen mussten. Trotz der Fortschritte in der Sequenzierungstechnologie seit dem offiziellen Start des Projekts im Jahr 1990 konnten sie mit ihren derzeitigen Werkzeugen nicht jede Lücke schließen. Und das erste menschliche Genom war eine Zusammensetzung mehrerer Blutspender in den USA, nicht einer einzelnen Person. Unterwegs betrat das Privatunternehmen Celera das Bild und versprach, ein separates Genomprojekt mit seinen eigenen Techniken noch schneller abzuschließen. Letztendlich waren beide Gruppen ungefähr zur gleichen Zeit vor dem Zeitplan fertig, wobei die ersten Entwurfssequenzen im Jahr 2000 veröffentlicht wurden, obwohl Celera angekündigt seinen Erfolg einige Monate zuvor.

Ungeachtet des Siegers hat dieses Kunststück sicherlich eine neue Ära der Genforschung eingeläutet – eine Ära, die seit 2003 große Sprünge in Geschwindigkeit und Effizienz erlebt hat.

„Ich denke, die allerwichtigste Errungenschaft in den letzten 20 Jahren war das Aufkommen der Sequenzierung der nächsten Generation. Die Möglichkeit, die Sequenzierung massiv parallel durchzuführen, sodass Sie sie viel schneller und kostengünstiger durchführen können“, sagte Stacey Gabriel, Direktorin der Genomics Platform am Broad Institute of MIT and Harvard, einer weiteren großen Forschungseinrichtung, die sich mit dem Menschen befasst Genomprojekt. „Und das ist auch mit all den damit verbundenen Fortschritten in unseren Rechenfähigkeiten einhergegangen, um diese Daten wirklich zu nehmen und sie auch in großem Umfang zu analysieren.“

Das ursprüngliche Projekt kostete 2,7 Milliarden US-Dollar, wobei der größte Teil des Genoms über einen Zeitraum von zwei Jahren kartiert wurde. Heutzutage gibt es den aktuellen Geschwindigkeitsrekord für die Sequenzierung eines Genoms 5 Stunden (öfter dauert es aber Wochen) und im vergangenen Herbst die Firma Illumina enthüllt Eine Maschine, von der behauptet wird, dass sie nur 200 US-Dollar pro Sequenz kostet, verglichen mit den kürzlich üblichen Kosten von 600 US-Dollar.

Greg Findlay leitet die Genomfunktionslabor am Francis Crick Institute in Großbritannien. Sein Team ist eines von vielen weltweit, das auf der Arbeit des ursprünglichen Projekts aufbaut. Sie versuchen derzeit zu identifizieren und zu verstehen, wie bestimmte Varianten in Tumorsuppressor-Genen unser Krebsrisiko erhöhen können.

„Mein Labor versucht also zu verstehen, was Varianten mit dem Genom machen. Das heißt, wir wollen genau wissen, welche Varianten Krankheiten verursachen und warum sie Krankheiten verursachen. Im Moment konzentrieren wir uns auf bestimmte genetische Veränderungen, die zu Krebs führen, und ich denke, dieses spezielle Gebiet wurde durch das Human Genome Project wirklich revolutioniert“, sagte Findlay. „Wir wissen jetzt, dass es viele, viele verschiedene genetische Wege gibt, auf denen Zellen zu Krebs werden können. Und wir wissen das, weil wir in der Lage waren, die DNA in so vielen verschiedenen Tumoren wiederholt über alle verschiedenen Krebsarten hinweg zu sequenzieren, um zu sehen, welche Mutationen tatsächlich zur Entstehung von Krebs führen.“

Vielleicht ebenso wichtig war die Auswirkung des Projekts auf die wissenschaftliche Zusammenarbeit. Der Aufwand führte direkt dazu ein internationales Abkommen soll den freien Zugang zu DNA-Sequenzen gewährleisten. Es machte auch deutlich, dass große Dinge möglich sein könnten, wenn große Gruppen von Wissenschaftlern zusammenarbeiten, so Gibbs.

„Es hat einfach die Art und Weise verändert, wie die Leute dachten, dass Biologie gemacht werden könnte“, sagte er. „Es hat ein Modell für Teamwissenschaft aufgebaut, das es vorher nicht gab.“

Doch auch damals ließ das Projekt einiges bewusst unvollendet. Bis 2003 hatten sie ungefähr 92 % des Genoms kartiert, aber das würde dauern noch fast 20 Jahre für andere Wissenschaftler, die restlichen 8 % aufzuspüren. Diese fehlende „dunkle Materie“ unseres Genoms könnte sehr gut sein neue Anhaltspunkte liefern über die Evolution des Menschen oder unsere Anfälligkeit für verschiedene Krankheiten.

Ein Großteil der seit Abschluss des Projekts gesammelten und analysierten genetischen Informationen stammt von weißen und europäischen Bevölkerungsgruppen – eine Diskrepanz, die unsere Fähigkeit behindert, die Auswirkungen der Genetik auf die Gesundheit aller Menschen wirklich zu verstehen. Aber Wissenschaftler arbeiten heute daran, diese Lücke durch Initiativen wie die zu schließen Menschliches Pangenom-Projektdas die vollständigen Genome von über 300 Menschen sequenzieren und zur Verfügung stellen wird, die die Breite der menschlichen Vielfalt auf der ganzen Welt repräsentieren sollen.

„Es gibt genetische Variationen, die in allen Bevölkerungsgruppen der Welt existieren. Und wenn Sie nur Variationen von einem Bruchteil der Weltbevölkerung verwenden und versuchen, dies auf alle anderen anzuwenden, funktioniert das einfach nicht sehr gut, weil wir alle unterschiedliche Hintergründe haben“, sagte Lucinda Antonacci-Fulton, eine der Projektkoordinatoren und Direktor für Projektentwicklung und neue Initiativen an der Washington University im McDonnell Genome Institute in St. Louis. „Je umfassender Sie also sein können, desto besser sind Sie in Bezug auf die Behandlungen, die Sie in die Klinik bringen möchten.“

So wichtig die genetische Forschung auch war, einige der Erwartungen, die durch das Human Genome Project geschürt wurden, waren wahrscheinlich zu hoch. Im Jahr 2000 zum Beispiel Präsident Bill Clinton behauptet dass das Projekt „die Diagnose, Prävention und Behandlung der meisten, wenn nicht aller menschlichen Krankheiten revolutionieren würde“. Während wir entdecken Sie weiter neue Genvarianten, die die Chancen für die Entwicklung einer bestimmten Krankheit oder eines bestimmten Merkmals stark vorhersagen, gibt es unzählige andere, über die wir noch im Dunkeln tappen. An anderer Stelle ist deutlich geworden, dass unser Genom oft nur eine kleine oder vernachlässigbare Rolle dabei spielt, warum wir krank werden oder etwas auf eine bestimmte Weise erleben. Obwohl das Projekt dazu beigetragen hat, einige der Geheimnisse der Welt zu lüften, gibt es so viele weitere Fragen darüber, warum wir so sind, wie wir sind, und unsere Gene werden wahrscheinlich keine ordentliche Antwort auf viele von ihnen geben.

„Ich denke, wo die Dinge manchmal überverkauft sind, ist diese Vorstellung, dass Sie, nur weil das menschliche Genom fertig ist, in der Lage sein werden, es für eine Art deterministische Antwort abzulesen – wo das Finden von Genen für Krankheiten wie ein Sturz wird ein Protokoll“, bemerkt Gabriel. „Aber oft sind menschliche Krankheiten, insbesondere die Krankheiten, die uns am meisten betreffen, keine einfachen genetischen Krankheiten. Sie sind multifaktoriell. Es sind Kombinationen aus Ihren Genen, Ihrem Verhalten, der Exposition gegenüber der Umwelt, manchmal einfach nur Pech.“

Nichts davon soll das Potenzial der Genetik leerverkaufen. Hans Lehrach, ehemaliger Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Deutschland, war einer der ersten Forscher, die am Human Genome Project beteiligt waren. Er ist auch einer von vielen Wissenschaftlern, die glauben, dass wir eines Tages in der Lage sein werden, das Genom einer Person in kürzester Zeit billig und einfach zu scannen, und dass diese Informationen zusammen mit anderen Aspekten unserer molekularen Zusammensetzung dazu beitragen werden, die spezifischen Medikamente zu bestimmen oder Eingriffe, die Ärzte verschreiben – ein Konzept, das als personalisierte Medizin bekannt ist. Vor allem die Behandlung einiger Krebsarten wird bereits von den Varianten beeinflusst, die ihrem Wachstum zugrunde liegen. Einige Experten argumentieren sogar, dass eine weit verbreitete Sequenzierung des gesamten Genoms beginnen sollte schon bei der Geburtund es gibt sie bereits kleine Programme in den USA, Großbritannien und anderswo, um seine potenziellen Vorteile und Risiken zu testen.

„Nichts über sein Genom zu wissen, ist ein bisschen so, als würde man mit geschlossenen Augen die Straße überqueren, weil man keinen Bus kommen sehen will. Wenn wir unsere Genome nicht sequenzieren, kommen die Busse sowieso weiter – es lässt uns nur unsere Augen öffnen und vielleicht die Art von Gefahr sehen, der wir entkommen oder etwas dagegen tun können“, sagte Lehrach.

Das Human Genome Project hat die wissenschaftliche Landschaft wirklich verändert, aber wir stehen noch ganz am Anfang, die Welt zu sehen, die es ermöglicht hat.