Humangenomprojekt

Synonym: HGP
Englisch: Human Genome Project

Definition

Das Humangenomprojekt, kurz HGP, war ein internationales, kollaboratives Forschungsprojekt, das im Herbst 1990 gegründet wurde. Ziel war die vollständige Bestimmung der Nukleotidsequenz des menschlichen Genoms. Im April 2003 gab das International Human Genome Sequencing Consortium eine fertige Version der menschlichen Genomsequenz bekannt, die der Öffentlichkeit zur Verfügung steht.

Hintergrund

Die Verfügbarkeit von genetischen Sequenzierungsdaten des menschlichen Genoms bildet die Grundlage für ein verbessertes Verständnis genetischer und zellbiologischer Abläufe. Darüber hinaus ermöglicht es die Identifizierung von Genen, die an einzelnen Erbkrankheiten beteiligt sind. Ein abgeleitetes Ziel des Humangenomprojekts ist die Entwicklung neuer Diagnose- und Therapieverfahren in der Medizin.

Vorgehen

Das vom HPG veröffentlichte Genom stellt nicht die Sequenz des Genoms eines einzelnen Individuums dar, sondern ist ein kombiniertes Genom, bestehend aus einer Anzahl anonymisierter Spender.

Um die menschliche Genomsequenz zu entschlüsseln, wurde die DNA anonymisierter Spender in 150.000 und 200.000 lange Basenpaare fragmentiert und in einen bakteriellen Vektor ligiert, der als "Bacterial Artificial Chromosome" oder BAC bekannt ist. Die DNA-Fragmente wurden in Bakterien kloniert und anschließend von der bakteriellen DNA-Replikationsmachinerie repliziert. Um eine Sammlung ("library") der 3,1 Milliarden Basenpaare des menschlichen Genoms zu erhalten, wurden etwa 20.000 verschiedene BAC-Klone verwendet. Jeder BAC-Klon aus der Sammlung wurde fragmentiert, sequenziert und anschließend wieder zusammengesetzt.

Die Verwendung dieses Ansatzes gewährleistet, dass sowohl die Position der Nukleinbasen, die von jedem Klon sequenziert werden, als auch ihre räumliche Beziehung zu sequenzierter menschlicher DNA in anderen BAC-Klonen genau bestimmt werden. Die Ordnung der einzelnen Fragmente nach ihrer ursprünglichen Position auf den Chromosomen wird als "Mapping" bezeichnet.

Erkenntnisse

Die wichtigsten Erkenntnisse des HGP sind:

Das menschliche Genom umfasst ungefähr 20.000 proteinkodierende Gene. Vor Bekanntgabe der Genomsequenz schätzten einige Wissenschaftler die Anzahl der proteinkodierenden Gene auf 30.000 bis 100.000.
Segmentale Duplikationen bedecken 5,3 % des menschlichen Genoms. Damit ist der prozentuale Anteil deutlich höher als beispielsweise im Ratten- (~3 %) oder Mäusegenom (~1,5 %). Von einer Reihe menschlicher Krankheiten ist bekannt, dass sie mit Mutationen in segmental duplizierten Regionen in Verbindung stehen, darunter das Williams-Beuren-Syndrom, das Charcot-Syndrom und das DiGeorge-Syndrom.

Anschließende Projekte

Das fortlaufende ENCODE-Projekt ("ENCyclopedia of DNA Elements") wurde 2003 vom National Human Genome Research Institute (NHGRI) als Nachfolgeprojekt gestartet. Es hat zum Ziel, funktionelle Elemente im menschlichen Genom zu identifizieren, welche die Aktivität und Expression proteinkodierender Gene regulieren. Fehlregulationen durch solche DNA-Elemente gehen mit einer veränderten Regulation der Genaktivität einher und können durch fehlerhafte Proteinproduktionen Krankheiten auslösen.

Literatur

Collins, F. S., & McKusick, V. A. (2001). Implications of the Human Genome Project for medical science. Jama, 285(5), 540-544. doi:10.1001/jama.285.5.540
Moraes, F., & Góes, A. (2016). A decade of human genome project conclusion: Scientific diffusion about our genome knowledge. Biochemistry and Molecular Biology Education, 44(3), 215-223.
Sawicki, M. P., Samara, G., Hurwitz, M., & Passaro Jr, E. (1993). Human genome project. The American journal of surgery, 165(2), 258-264.
Pertea, M., & Salzberg, S. L. (2010). Between a chicken and a grape: estimating the number of human genes. Genome biology, 11(5), 1-7.

Weblinks

National Human Genome Research Institute: Human Genome Project, abgerufen am 31.03.2021