Die Geheimnisse des Genoms

Vor 25 Jahren, am 12. Februar 2001, gab ein internationaler Forschungsverbund die bis dahin beste Kartierung der menschlichen Erbsubstanz bekannt. Die Institute des Human Genome Projects und die Firma Celera des amerikanischen Genetikers Craig Venter hatten rund drei Milliarden Elemente der zugrunde liegenden DNA-Moleküle ermittelt. Komplett entschlüsselt wurden sie aber erst im September 2023.

Es war das molekularbiologische Äquivalent zur Mondlandung. In Washington, London, Paris, Tokio und Berlin fanden am 12. Februar 2001 mehrere zeitversetzte Pressekonferenzen statt. Die Zeitschrift Nature widmete dem dort behandelten Thema 62 Seiten, der Erzrivale Science auf der anderen Seite des Atlantiks räumte ihm 48 Seiten ein.

Im Mittelpunkt stand die Analyse des menschlichen Genoms, des Aufbaus der Doppelhelix, die den biochemischen Träger bildet. Sie verteilt sich auf 23 Chromosomen-Paare, die im Kern jeder Körperzelle sitzen und bei ihrer Teilung weitergegeben werden. Die Abschnitte der Helix sind DNA-Moleküle: DNA ist das Kürzel für Desoxyribonukleinsäure. Sie enthalten eine Folge von vier Molekülen aus der Kategorie der Basen: Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Die Sequenz codiert die Gene – bitte nicht mit dem Genom verwechseln – und somit die biologischen Merkmale der Zelle.

DNA-Analyseautomaten der Firma Applied Biosystems (Foto Steve Jurvetson CC BY 2.0)

Die Grundstruktur der Doppelhelix fanden die Forscher James Watson und Francis Crick 1953 im englischen Cambridge. In den 1970er-Jahren schufen ebenfalls in Cambridge Frederick Sanger und seine Kollegen eine Technik, um die DNA zu lesen. 1977 entzifferten sie die rund fünftausend Basen eines Virus, die neun Gene lieferten. 1986 kam in den USA der Gedanke auf, die menschliche DNA zu sequenzieren; 1987 berichtete der SPIEGEL. 1988 wurde James Watson zum Leiter des Vorhabens gekürt, während in Europa Kritiker und Befürworter noch heftig darüber stritten.

Das Humangenomprojekt startete offiziell im April 1990, als die US-Ministerien für Energie und Gesundheit den Arbeitsplan veröffentlichten. Ab 1993 wurde es vom Genetiker Francis Collins geleitet. 1993 schloss sich England an, 1995 folgten drei Institute in Deutschland. Außerdem wirkten Wissenschaftler in China, Frankreich und Japan mit. Unser Eingangsbild zeigt das Logo des Projekts. Der wichtigste deutsche Beitrag war zusammen mit japanischen Forschern die Entschlüsselung des Chromosoms 21, das klein, aber für das menschliche Wohlergehen höchst wichtig ist.

Francis Collins auf einem Foto von 2017

1998 erhielt das Projekt Konkurrenz durch die Firma Celera. Sie saß nahe Washington, ihr Chef Craig Venter galt als der Abenteurer der Gen-Branche. Er wurde 1946 in Salt Lake City geboren, wuchs in Kalifornien auf und diente als medizinischer Helfer im Vietnam-Krieg. 1975 promovierte er in Physiologie, ab 1984 saß er in den Nationalen Gesundheitsinstituten, dem größten staatlichen Forschungszentrum für Medizin. 1992 gründete Venter ein eigenes Institut namens TIGR, später folgte Celera. Er bevorzugte die Schrotschuss-Analyse der DNA, die schneller als die ältere lineare Methode arbeitet, aber viel Computerhilfe benötigt.

Am 26. Juni 2000 gaben beide Genomprojekte die Betaversion des menschlichen Erbguts bekannt. Die Verkündigung übernahm US-Präsident Bill Clinton, aus Großbritannien wurde Premierminister Tony Blair zugeschaltet. Am nächsten Tag füllte die DNA-Forschung das gesamte Feuilleton der Frankfurter Allgemeinen Zeitung, und die Leser konnten sich in eine Basensequenz vertiefen. Die Idee dazu hatte der FAZ-Kulturchef Frank Schirrmacher. Als Erstpublikation gelten aber die Veröffentlichungen vom Februar 2001.

Craig Venter, aufgenommen 2006 (Foto Michal Janich CC BY-SA 3.0 seitlich beschnitten)

Danach ging die Sequenzierung weiter. Der offizielle Abschluss geschah im April 2003, damals zählte man im menschlichen Genom 3,2 Milliarden Basenpaare. Setzt man für jedes zwei Bit an, hätte man 800 Megabyte – Windows-User sind mehr gewohnt. Anschließend wurden letzte Lücken aufgespürt und gelesen; im September 2023 beendete ein Artikel in  Nature das große Projekt. Wer hinter die Kulissen blicken möchte, kann nach Anmelden im Internet Archive die Memoiren von Craig Venter lesen. Hier geht noch es zu einem schönen Artikel über den deutschen DNA-Entschlüssler André Rosenthal.