Lücken gefüllt

DNA-Code des X-Chromosoms vollständig entschlüsselt

Dennis L.

Die Nanoporen-Sequenzierung erlaubt es endlich auch bisher unlesbare DNA-Sequenzen zu entschlüsseln. Nun wurde sie erstmals zur Entschlüsselung eines vollständigen menschlichen Chromosoms verwendet: des X-Chromosoms, dass Träger zahlreicher Erbkrankheiten ist.

Santa Cruz (U.S.A.). Die meisten Chromosomen sind in fast allen menschlichen Zellen in zwei Ausfertigungen vorhanden. Eine stammt von der Mutter, die andere vom Vater. Die einzige Ausnahme sind die Geschlechtschromosomen. Frauen haben auch hier zwei X-Chromosomen, doch Männer nur eines von der Mutter. Vom Vater haben sie das kleinere Y-Chromosom erhalten und dadurch nur eine Kopie zahlreicher Gene. Das ist der Grund dafür, dass sie für viele Erbkrankheiten anfälliger sind als ihre Schwestern. Die Entschlüsselung des X-Chromosoms ist eine wichtige Grundlage für die Erforschung dieser Krankheiten. Bisher war jedoch keine vollständige Entschlüsselung von Chromosomen möglich. Gängige Sequenzierungsmethoden zerschnitten die DNA in Abschnitte von etwa 100 Basenpaaren, deren Ausleseergebnisse danach wie ein Puzzle zusammengesetzt werden mussten. Auf diese Weise konnten zwar Gene entschlüsselt werden, doch nicht die zwischen ihnen liegende Junk-DNA.

Junk-DNA wichtiger als gedacht

Unter Junk-DNA versteht man DNA Sektionen, die viele Wiederholungen enthalten, welche das eindeutige Erkennen von 100 Basenpaar-Sequenzen unmöglich machen und daher das Zusammensetzten der Ergebnisse bisher verhinderten. Seit 2018 ist jedoch bekannt, dass diese zunächst als Müll (engl. Junk) betrachteten Sequenzen wichtige Steuerfunktionen für das Genom haben.

So klafften bisher in allen Chromosomen noch wichtige Lücken, wie Karen Miga von der University of California und ihr Team in einer soeben im Fachmagazin Nature erschienenen Studie erklären. Allein im Zentrum des X-Chromosoms fehlten der Genetik Informationen über drei Millionen Basenpaare.

Die Nanoporen-Sequenzierung bringt den Durchbruch

Zellen mit zwei identischen X-Chromosomen wurden genutzt, um das Chromosom einer vollständigen Nanoporen-Sequenzierung zu unterziehen. Einzelne DNA-Moleküle wurden über eine enge Öffnung geleitet, wo subtile Spannungsänderungen gemessen wurden, anhand derer sich die jeweilige Base identifizieren lässt. Danach wurde das vollständige Genom unter Nutzung einzigartiger Marker von einem Computerprogramm zusammengesetzt.

Großer Fortschritt in der Genforschung

Noch ist nicht vorherzusehen, welche neuen Erkenntnisse die Genetik aus der vollständigen Auslesung der Junk-DNA gewinnen wird. Es hat sich jedoch bereits gezeigt, dass sie besonders variantenreich ist. Derzeit wird vermutet, dass sie wichtige Kontrollfunktionen ausübt. „Dieser technische Durchbruch wird uns helfen, die Funktionen des menschlichen Erbgutes besser zu verstehen“, erklärt Eric Green vom National Human Genome Research Institute in Santa Cruz.

Nature, doi: 10.1038/s41586-020-2547-7

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