Wissenschaftler kartieren die DNA jedes Lebewesens auf den britischen Inseln

Der Abschluss des Humangenomprojekts im Jahr 2003 war ein Wendepunkt in der Geschichte von Wissenschaft und Medizin. Die Fähigkeit, die menschliche DNA zu sequenzieren, hat so viele Dinge möglich gemacht, die wir uns vorher nicht hätten vorstellen können – nicht zuletzt natürlich DNA-Tests für die Ahnenforschung und die Verfügbarkeit von erschwinglichen DNA-Testkits für zu Hause wie MyHeritage DNA.

Das Sanger-Institut, das für diese bahnbrechende wissenschaftliche Errungenschaft verantwortlich war, arbeitet nun an einem ehrgeizigen neuen Projekt: dem Darwin Tree of Life-Projekt. Ziel des Projekts ist die Sequenzierung der Genome von rund 70 000 Arten, darunter Tiere, Pflanzen, Pilze und Protisten, die in Großbritannien und Irland vorkommen. Wenn das Projekt abgeschlossen ist, werden zum ersten Mal die Genome eines ganzen Ökosystems sequenziert sein.

„Als das menschliche Genom sequenziert wurde, hat dies die Art und Weise, wie wir die menschliche Biologie betreiben, für immer verändert“, sagte Mark Blaxter, der Leiter des Tree of Life-Projekts, kürzlich in einem Interview mit BBC News. „Es hat wirklich verändert, wie wir uns selbst sehen und wie wir mit unserer Gesundheit und Krankheit umgehen. Und wir wollen das für die gesamte Biologie möglich machen. Wir wollen also, dass jeder, der an einer Spezies oder einer Gruppe von Spezies irgendwo auf der Welt arbeitet, über diese ultimative Grundlage verfügen kann… sie füllt die Bibliothek des Lebens.“

Karte der Britischen Inseln

Eines der Ziele des Projekts ist nicht nur die Erweiterung des menschlichen Wissens, sondern auch ein besseres Verständnis dafür, wie sich Arten anpassen, um in rauen und unbeständigen Umgebungen zu überleben. Dies könnte uns nicht nur dabei helfen, zu lernen, wie wir Arten vor Umweltbedrohungen – wie dem Klimawandel – schützen können, sondern auch bei der Entdeckung neuer Materialien, die uns Menschen helfen könnten, wie Antibiotika und andere Arzneimittel.

Die Sequenzierung des menschlichen Genoms hat über ein Jahrzehnt gedauert. In den 20 Jahren, die seit 2003 vergangen sind, hat sich die Technologie stark verbessert, so dass die DNA-Sequenzierung jetzt viel schneller erfolgen kann. Am Sanger-Institut kann dank leistungsfähigerer Computer und automatisierter Prozesse oft ein ganzes Genom in wenigen Tagen entschlüsselt werden.

Dennoch ist das Tree-of-Life-Projekt aufgrund seines Umfangs ein gewaltiges Unterfangen. Auf der Website des Projekts wird berichtet, dass bisher etwas mehr als tausend Arten sequenziert wurden. 1.000 sind geschafft… 69.000 fehlen noch!

Außerdem sind viele der Genome, die kartiert werden, komplexer als die des Menschen. Die Mistel beispielsweise hat einen genetischen Code mit 94 Milliarden Basen – mehr als 30 Mal so lang wie das menschliche Genom! Da bei der Kartierung des Genoms die DNA jeder Art in Fragmente zerlegt werden muss, um zu verstehen, was in diesen Fragmenten enthalten ist, und um sie in der richtigen Reihenfolge wieder zusammenzusetzen, liegt noch viel Arbeit vor uns.

Der erste Schritt in diesem Prozess besteht darin, biologisches Gewebe von jeder der Arten zu gewinnen. Das Sanger-Institut erhält diese Proben von verschiedenen Partnern und Organisationen in Großbritannien und Irland und gibt sie in ein Probenverwaltungssystem ein. Die Proben werden bei -70℃ (-94℉) gelagert, bis das Extraktionsteam für sie bereit ist.

Der Extraktionsprozess ist mit einigen Herausforderungen verbunden. Für die Extraktion der DNA aus dem Gewebe einiger Arten, insbesondere von Säugetieren, gibt es bewährte Techniken. Um jedoch mit vielen der Arten zu arbeiten, die ihr Labor durchlaufen, muss das Team in unbekannte Gewässer vordringen. Um in nur 10 Jahren 70.000 Genome zu kartieren, müssen sie ein standardisiertes Verfahren entwickeln, und sie machen gute Fortschritte auf dem Weg zu diesem Ziel. Die von ihnen entwickelten Methoden werden anderen Wissenschaftlern bei der Kartierung weiterer Ökosysteme in der Zukunft den Weg weisen.

Sobald die DNA extrahiert wurde, ist es an der Zeit, sie zu sequenzieren, d. h. die Identität der Basenpaare zu bestimmen, die die Bausteine der DNA der jeweiligen Art bilden. Was nun folgt, ist wahrscheinlich die schwierigste Phase des Prozesses: das Zusammensetzen dieser Teile zu einem vollständigen Genom. Auf der Website des Projekts wird dieser Schritt mit dem Zusammensetzen eines Puzzles verglichen, mit dem Unterschied, dass das Bild auf der Vorderseite des Puzzles größtenteils ausradiert wurde, dass die Schachtel mehrere Kopien desselben Teils enthalten kann und dass möglicherweise Teile eines ganz anderen Puzzles hineingeworfen wurden!

Sobald das Genom zusammengesetzt ist, wird es vom Kuratorenteam auf Fehler überprüft und dann an das Europäische Bioinformatik-Institut des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL-EBI) geschickt, damit es zusammengestellt und der Welt in einem verständlichen Format präsentiert werden kann. Das Team des EMBL-EBI kommentiert die Zusammenstellungen, um biologische Informationen aufzunehmen, und lädt sie dann in den Ensembl-Genom-Browser hoch, wo sie von Menschen aus aller Welt eingesehen werden können.

Ensembl Genom-Browser

Wenn das Projekt voranschreitet und das Team standardisierte Methoden für die Extraktion und Analyse der DNA von Lebewesen und Pflanzen entwickelt, die noch nie zuvor sequenziert wurden, wird es Forschern aus anderen Teilen der Welt, die verschiedene Ökosysteme untersuchen, die Tür öffnen – und uns einen Schritt näher an die Erstellung einer Genomkarte des gesamten Planeten bringen.

Es sind nicht nur die Menschen an den Orten, an denen wir leben, die unser Erbe ausmachen. Die Tiere, die Bäume, die Blumen, die Vögel und sogar die Mikroorganismen, an die wir nicht einmal denken, sind alle Teil des Ökosystems, das unser Zuhause ausmacht und uns zu dem macht, was wir sind. Wir bei MyHeritage freuen uns, dass Projekte wie diese vorankommen. Nicht nur, weil sie gut für die Menschheit und den Planeten sind, sondern auch, weil die von diesen bahnbrechenden Wissenschaftlern erzielten Durchbrüche sicherlich das Feld der DNA-Tests als Ganzes verbessern werden.

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