Mehr als 20 Jahre nachdem Wissenschaftler erstmals einen Entwurf der menschlichen Genomsequenz veröffentlicht haben, wurde das lang erwartete Buch des Lebens neu geschrieben.
Am Mittwoch wurde eine genauere und umfassendere Version des genetischen Codes veröffentlicht, die einen großen Schritt hin zu einem tieferen Verständnis der Humanbiologie und der personalisierten Medizin für Menschen unterschiedlicher Rasse und ethnischer Herkunft darstellt.
Im Gegensatz zur vorherigen Referenz – die weitgehend auf der DNA eines Mannes gemischter Abstammung aus Buffalo basierte und von einigen Dutzend anderen Individuen, größtenteils europäischer Abstammung, stammte, umfasst das neue „Pangenom“ nahezu vollständige genetische Sequenzen von 47 Männern und Frauen unterschiedlicher Abstammung, darunter Afroamerikaner, Karibiker, Ostasiaten, Westafrikaner und Südamerikaner.
Die regenerierte Genomkarte ist ein entscheidendes Werkzeug für Wissenschaftler und Kliniker, die mit Krankheiten verbundene genetische Variationen identifizieren möchten. Es verspricht auch, Behandlungen bereitzustellen, die allen Menschen zugute kommen können, unabhängig von Rasse, ethnischer Zugehörigkeit oder ethnischer Zugehörigkeit, sagten die Forscher.
„Es wurde schon lange benötigt – und sie haben sehr gute Arbeit geleistet“, sagte Ewan Birney, ein Genetiker und stellvertretender Generaldirektor des European Molecular Biology Laboratory, der nicht an den Bemühungen beteiligt war. „Dies wird unser differenziertes Verständnis von Diversität verbessern und dann wird diese Forschung neue Möglichkeiten für klinische Anwendungen eröffnen.“
Basierend auf der neuesten DNA-Sequenzierungstechnologie vereint Pangenome alle 47 einzigartigen Genome in einer einzigen Ressource und liefert so das bisher detaillierteste Bild des Codes, der unsere Zellen antreibt. Die Lücken in der vorherigen Referenz wurden nun geschlossen, indem dem drei Milliarden Zeichen umfassenden Code etwa 120 Millionen zuvor fehlende DNA-Buchstaben hinzugefügt wurden.
Vorbei ist die Idee eines totemistischen DNA-Strangs, der sich, wenn er aufgerollt und in einer geraden Linie verläuft, sechs Fuß lang erstreckt. Jetzt gleicht die neu gestartete Referenz einem Maislabyrinth, mit alternativen Pfaden und Nebenpfaden, die es Wissenschaftlern ermöglichen, ein breiteres Spektrum der genetischen Vielfalt zu erforschen, die bei Menschen auf der ganzen Welt zu finden ist.
Dr. Eric Green, Direktor des National Human Genome Research Institute, der Regierungsbehörde, die die Arbeit finanziert hat, vergleicht diese Risse mit einer neuen Art von Karosserie-Leitfaden für Autowerkstätten. Während früher jeder Mechaniker eine Konstruktionsvorgabe für nur einen Fahrzeugtyp hatte, gibt es heute ein übergeordnetes Schema, das verschiedene Marken und Modelle abdeckt.
„Wir sind von einem wirklich coolen Chevy-Bauplan zu einem Entwurf für 47 repräsentative Autos von jeweils 47 verschiedenen Herstellern übergegangen“, sagte er.
Herauszufinden, was mit dem Kelly Blue Book of Genomics zu tun ist, erfordert eine steile Lernkurve. Es werden neue Analysetools benötigt. Koordinationssysteme müssen neu definiert werden. Eine flächendeckende Einführung wird Zeit brauchen.
„Dies für die Community benutzerfreundlich zu gestalten, ist eine Aufgabe, die noch erledigt werden muss“, sagte Heidi Rehm, Chief Genomics Officer am Massachusetts General Hospital in Boston, die nicht an dem Projekt beteiligt war.
Experten sagten jedoch, dass das Pangenom mit der Zeit das Gebiet der Genommedizin revolutionieren wird.
„Wir würden davon profitieren, wenn wir uns selbst als Spezies tatsächlich viel besser verstehen würden“, sagte Evan Eichler, ein Genomwissenschaftler an der University of Washington. Dr. Eichler gehörte zu den über 100 Wissenschaftlern und Bioethikern Beschreibung der neuen Pangenom-Referenz im Nature-Magazin.
Die Projektingenieure fügen weiterhin weitere Populationen hinzu, mit dem Ziel, mindestens 350 hochwertige Genome einzubeziehen, die den Großteil der globalen menschlichen Vielfalt abdecken.
„Wir wollen alle Zweige des menschlichen Stammbaums darstellen“, sagte Ira Hall, ein Genetiker, der das Yale Center for Genomic Health leitet.
Einige der neuen Genome werden von New Yorkern stammen, die zuvor an einem Forschungsprogramm des Mount Sinai Health System teilgenommen haben. Wenn ihre DNA-Rohdaten bestimmte unterrepräsentierte genetische Hintergründe widerspiegeln würden, würden diese Personen zur Teilnahme am Pangenom-Projekt eingeladen.
Einige Lücken in der öffentlich zugänglichen Referenz können trotz des Designs möglicherweise nicht geschlossen werden.
Frühere Versuche, die genetische Vielfalt des Menschen zu erfassen, haben oft Sequenzdaten aus marginalisierten Bevölkerungsgruppen extrahiert, ohne deren Bedürfnisse und Vorlieben zu berücksichtigen. Aufbauend auf diesen ethischen Fehltritten arbeiten Pangenome-Kuratoren nun mit indigenen Gruppen zusammen, um formelle Richtlinien zum Dateneigentum zu entwickeln.
„Wir kämpfen immer noch mit der Frage der Souveränität der Ureinwohner und Stämme“, sagte Barbara Koenig, Bioethikerin an der University of California in San Francisco, die an dem Projekt beteiligt war.
In Australien führen Forscher DNA-Sequenzen verschiedener indigener Völker in einem ähnlichen Repository zusammen, das in ein Open-Source-Pangenom integriert, dann aber hinter einer Paywall aufbewahrt wird. Laut Hardip Patel vom Australian National Centre for Indigenous Genomics in Canberra planen die Wissenschaftler als nächstes, sich mit Gemeindevorstehern darüber zu beraten, ob die Daten auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden sollen oder nicht.
Einige indigene Befürworter möchten, dass das Pangenome-Projekt noch weiter geht. Keolu Fox, ein Genomwissenschaftler an der University of California in San Diego, der ein indigener Hawaiianer ist, hat vorgeschlagen, die nächste Generation indigener Wissenschaftler auszubilden, damit sie mehr Einfluss auf Genomdaten haben.
„Es ist an der Zeit, dass wir endlich Macht und Kontrolle dezentralisieren und unter den Gemeinden selbst neu verteilen“, sagte Dr. Fox.
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