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Von der Gesundheitsversorgung bis zu Ihrem Salat, von der Eindämmung des Klimawandels bis zur Ausrottung von Krankheiten, was die Genomik für uns tut

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Was haben angereicherte Tomatenpflanzen, sogenannte „Designerbabys“, und ein Plan, wollige Mammuts vor dem Aussterben zu bewahren, gemeinsam? Die Antwort ist ein relativ neuer und sehr spannender Wissenschaftszweig namens Genomik.

Genomik ist das Studium all unserer Tausenden von Genen, der DNA, die uns genau zu dem macht, was wir sind. Wahrscheinlich haben Sie bereits von einigen Entwicklungen auf diesem Gebiet gehört: Letzten Monat wurde bekannt, dass beispielsweise gentechnisch veränderte Tomaten eine neue Vitamin-D-Quelle darstellen könnten – ein Wendepunkt für Menschen mit Vitaminmangel (und diejenigen von uns, die einfach zu viel Zeit drinnen vor einem Bildschirm verbringen).

Und doch würden viele von uns zugeben, dass wir über die Schlagzeilen hinaus nicht viel über Genomik wissen. Das ist verständlich, wenn man bedenkt, dass der Begriff selbst erst seit etwa 30 Jahren existiert, seit Ende der 1980er Jahre eine internationale Moonshot-Initiative gestartet wurde, um erstmals eine vollständige Blaupause aller menschlichen Gene zu erstellen.

Schlüsselbegriffe

DNS: Die genetische Kodierung in unseren Zellen, die für unsere Entwicklung und Funktion verantwortlich ist

Gene: DNA-Sequenzen, die von den Eltern weitergegeben werden und die Merkmale ihrer Nachkommen definieren – darunter Haar- und Augenfarbe, Größe und Intelligenz

Genom: Der vollständige Satz aller genetischen Informationen eines Organismus

Genomische Sequenzierung: Der Prozess der Bestimmung der genauen Reihenfolge aller Botschaften in unserer DNA. Dies geschieht durch maschinelle Automatisierung anhand von Gewebe- oder Blutproben.

Seitdem haben Genstudien zu schnellen Fortschritten in der menschlichen Gesundheit und anderswo geführt, teilweise unterstützt durch die Beschleunigung der Technologie. Während DNA-Studien früher langwierige und rätselhafte Prozesse waren, können Experten heute auf Knopfdruck eine Karte aller Gene erstellen, die wir enthalten, oft mit nur einer winzigen Blutprobe, und viele der Schlüsselbotschaften übersetzen, die diese Gene herumsenden unsere Körper.

Durch die Kartierung der Gene aller Lebewesen (Menschen, Pflanzen, Tiere, sogar winzige Bakterien und Viren) finden Wissenschaftler neue Lösungen für einige unserer größten und am längsten gehegten Fragen, wie zum Beispiel: Woher kommen wir? Wie können wir gesünder und länger leben? Und wie können wir eine Chance haben, den Klimawandel zu beheben? …und all das andere Chaos, das wir auf dem Planeten anrichten?

Die Genomik beeinflusst fast jeden Aspekt unseres Lebens – ob wir uns dessen bewusst sind oder nicht. Hier sind einige der Möglichkeiten, wie.

Gesundheitspflege

Wie jeder, der mit verschiedenen Marken von Antibabypillen oder Hautpflegemitteln gekämpft hat, bestätigen kann, ist die Art und Weise, wie Medikamente auf uns wirken, von Person zu Person sehr unterschiedlich. Was offensichtlich ist, wenn man bedenkt, wie unterschiedlich wir alle genetisch sind und wie wir alle Dinge unterschiedlich verstoffwechseln. Derzeit sind die meisten gebräuchlichen Arzneimittel so konzipiert, dass sie bei einer durchschnittlichen Person mit durchschnittlichen Symptomen wirken. Aber eines Tages, wenn Sie mit einem Problem zum Hausarzt gehen, wird er Ihnen Medikamente verschreiben können, die speziell auf Ihre einzigartige Kombination von Genen zugeschnitten sind. Das nennt man Precision Healthcare und wird dank der Genomsequenzierung Realität.

Es könnte sein, dass wir einen kleinen Bluttest bekommen und unsere gesamte genetische Karte in einer NHS-Datenbank gespeichert wird. Diese Informationen könnten dann mit einer riesigen zweiten Datenbank abgeglichen werden, die zeigt, wie verschiedene Medikamente mit verschiedenen Genotypen wirken. Diese Informationen werden bereits von Forschern gesammelt, die einige der schwierigsten und lebensbedrohlichsten Krankheiten wie Krebs untersuchen, aber letztendlich könnten sie alles abdecken, von Heuschnupfentabletten bis hin zu gängigen Schmerzmitteln.

Die Regierung und der NHS diskutieren derzeit auch über die Möglichkeit, die genetische Sequenzierung von Neugeborenen von Geburt an einzuführen – wodurch ein Überblick über unsere Gesundheit geschaffen wird, der weit über die derzeit bestehenden Standardbluttests hinausgeht.

Wie das erste menschliche Genom entdeckt wurde

Das menschliche Genom enthält etwa 3,2 Milliarden DNA-Buchstaben, die in 23 Fäden, die Chromosomen, aufgeteilt sind.

Wenn es möglich wäre, Ihre gesamte DNA in eine lange, dünne Linie zu entwirren, würde dies das Äquivalent von fast 70 Reisen von der Erde zur Sonne und zurück erreichen.

Die Erstellung der ersten Karte des menschlichen Genoms dauerte 10 Jahre und kostete insgesamt 2,7 Milliarden Dollar (2,2 Milliarden Pfund). Heute ist das in wenigen Minuten erledigt.

Klimawandel

Inzwischen wissen wir alle, dass das Pflanzen von mehr Bäumen und Pflanzen gut für den Planeten ist: Diese Superarten saugen die Kohlenstoffemissionen in unserer Atmosphäre auf und tragen dazu bei, unsere Luft und unseren Boden zu reinigen. Aber evolutionäre Macken bedeuten, dass einige Pflanzen das viel besser können als andere.

Jetzt können Wissenschaftler Gene-Editing-Tools verwenden, um Pflanzen und Bäume so zu modifizieren, dass sie so wachsen, dass sie mehr CO2 aus der Erdatmosphäre aufnehmen können. Indem sie sich die Arten ansehen, die eine fachmännische Arbeit leisten, können Forscher bestimmen, welche Gene für ihre Effizienz verantwortlich sind, und mehr Pflanzen dazu ermutigen, mit denselben genetischen Merkmalen zu wachsen.

Experten sequenzieren auch die Genome von Arten unterhalb des Meeresspiegels, um herauszufinden, wie sie vom Klimawandel betroffen sind. Nehmen Sie zum Beispiel Meereskorallen: Einige Arten tragen ein genetisches Merkmal, das ihnen hilft, wärmeren Temperaturen zu widerstehen. Wenn Wissenschaftler dieses Gen erfassen und effektiv in Flaschen abfüllen können, können wir Korallenriffen helfen, sich besser gegen steigende Meerestemperaturen zu wehren und Korallenbleiche und Riffsterben zu verhindern.

Auferweckung der Toten

Hier kommt der Plan des wolligen Mammuts ins Spiel. Als der Bioingenieur der Harvard University, George Church, zum ersten Mal ankündigte, er wolle das wollige Mammut wiederbeleben, lachten die meisten Leute. Mammuts sind schließlich vor etwa 10.000 Jahren ausgestorben. Aber sein Wahnsinn hat Methode, beharrt er.

Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Wollmammuts eine Schlüsselrolle dabei spielten, ihr natürliches gefrorenes Ökosystem in Schach zu halten, indem sie die arktische Tundra niedertrampelten und Permafrost tief in die Erde eindringen ließen. Dieser Permafrost schmilzt jetzt, aber Church glaubt, dass die Wiedereinführung ähnlicher Tiere in Sibirien dazu beitragen könnte, einen Teil dieses Permafrosts wiederherzustellen – und somit das Schmelzen des Eises zu verhindern.

Der Bioingenieur George Church will das Wollmammut wiederbeleben (Foto: Jean-Marc Zaorsk, Getty Images)

Seine Firma, Colossal Biosciences, plant, die Gene des modernen asiatischen Elefanten so zu verändern, dass sie denen ihrer ausgestorbenen, wolligen Verwandten ähnlicher werden. Das Ergebnis wird eine neue Art von „Artic Elephant“ sein, die eingesetzt werden, um nach Herzenslust auf verschneiten Gräsern herumzutrampeln.

Lebensmittelkontrolle

Genauso wie wir Pflanzen bearbeiten können, um eine bessere Kohlenstoffbindung zu erreichen, können wir auch Getreide und andere Nahrungspflanzen dazu anregen, widerstandsfähiger gegen Dürre und Krankheiten zu werden, was wir tun müssen, wenn wir fast 10 Milliarden Menschen ernähren wollen bis 2050 auf dem Planeten leben.

Die genetische Veränderung (GVO-Pflanzen) hat in den letzten Jahrzehnten einen angemessenen Anteil an negativer Presse erhalten, teilweise aufgrund eines allgemeinen Misstrauens gegenüber ihren „unnatürlichen“ Prozessen. Aber GM bietet bereits Lösungen für landwirtschaftliche Herausforderungen und die daraus resultierende Nahrungsmittelknappheit in den Entwicklungsländern, und im vergangenen Jahr verabschiedete die britische Regierung ein Gesetz, das die Wiedereinführung genetischer Veränderungen in England erlaubt.

Das neue Gesetz erlaubt es Wissenschaftlern auch, mit der Bearbeitung von Nutzpflanzen zu experimentieren, was bedeutet, dass wir Lebensmittel gesünder und schmackhafter machen können – indem wir beispielsweise Vitamin D in Tomatenpflanzen einbringen.

Überwachung von Krankheiten

Einer der Gründe, warum wir so schnell Impfstoffe zur Bekämpfung von Covid-19 finden konnten, war – Sie haben es erraten – der Genomsequenzierung zu verdanken. Anhand von Testproben von Patienten können Wissenschaftler jede Variante fast in Echtzeit kartieren, den Weg ihrer Ausbreitung im ganzen Land verfolgen und damit vorhersagen, wo neue Ausbrüche auftreten könnten.

„Wenn es um die Überwachung der Ausbreitung von Infektionskrankheiten geht, ist die Genomsequenzierung ein entscheidendes Instrument“, sagt Sharon Peacock, Geschäftsführerin des Covid-19 Genomics UK Consortium. „Es ist keine eigenständige Endlösung, aber es ist ein Werkzeug, mit dem wir verstehen können, was passiert – es ermöglicht uns, genau zu wissen, wogegen wir impfen.“

CHERTSEY, ENGLAND – 16. DEZEMBER: Peter Joliffe erhält am 16. Dezember 2020 in Chertsey, England, eine Injektion in einem COVID-19-Impfzentrum. Chertsey Hall ist eines von vier Covid-19-Impfzentren, die diese Woche in Surrey eröffnet werden, weitere auf der Epsom Racecourse, dem Westway in Caterham und der St. Bartholomew and St. Christopher Church in Haslemere. (Foto von Leon Neal/Getty Images)
Die Genomsequenzierung war für die schnelle Umsetzung des Covid-Impfstoffs verantwortlich (Foto: Leon Neal, Getty)

Seit Januar 2020 wurden etwa 11,5 Millionen SARS-CoV-2-Genome sequenziert und auf GISAID hochgeladen, eine offene Plattform für den Austausch viraler Genome, die von Wissenschaftlern und Gesundheitspolitikern auf der ganzen Welt genutzt wird. Allein in Großbritannien werden etwa 12 Prozent aller positiven Covid-19-Tests sequenziert, und wir tun dasselbe bereits für andere Krankheiten wie Malaria und jetzt Affenpocken.

Übermenschen erschaffen?

Vielleicht ist eine der größtmöglichen Veränderungen für die Menschheit, die die Genomik bietet, die Möglichkeit, menschliche Embryonen während der IVF genetisch zu untersuchen. Anhand der DNA der Eltern und ihrer Embryonen können Wissenschaftler genau vorhersagen, wie gesund jedes Baby sein wird und welches Risiko besteht, verschiedene Krankheiten zu tragen, noch bevor der Embryo implantiert wird.

Wir haben sogar die Werkzeuge, um diese Embryonen zu bearbeiten – obwohl das Thema immer noch umstritten ist. Umschreiben Jurassic Parknur weil wir es können, heißt das nicht, dass wir es sollten.

Genetische Screening-Dienste werden in den USA und bald auch in Großbritannien eröffnet, aber im Moment erlauben sie nur angehenden Eltern, einen Embryo auf krankheitsübertragende Gene zu untersuchen, und nicht auf oberflächliche Dinge wie Haar- und Augenfarbe. Aber die Grenze zum „ethischen“ genetischen Screening ist nicht immer klar, und es ist möglich, dass sich die öffentliche Wahrnehmung dessen, was richtig und was falsch ist, in den kommenden Jahren mit dem Fortschritt der Technologie hin und her ändern könnte.

Was auch immer unsere Einstellung zum genetischen Screening und der genetischen Bearbeitung von Menschen, Pflanzen und Tieren ist, es ist wichtig, dass wir uns damit auseinandersetzen, was es für uns als Gesellschaft bedeutet – denn letztendlich liegt es an uns, zu bestimmen, wie die Wissenschaft genutzt wird.

Rachael Pells ist die Autorin von „Genomics: How Genome Sequencing Will Change Our Lives“ (8,99 £, Cornerstone), das jetzt erhältlich ist

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Oliver Barker

Est né à Bristol et a grandi à Southampton. Il est titulaire d'un baccalauréat en comptabilité et économie et d'une maîtrise en finance et économie de l'Université de Southampton. Il a 34 ans et vit à Midanbury, Southampton.

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