Das Humangenomprojekt und unsere Gesundheit

Das Humangenomprojekt und unsere Gesundheit

Bild 1: 
DNA-Sequenzvariation. Ein SNP ist lediglich ein einzelner Nukleotidunterschied im Genom. Das obere DNA-Molekül unterscheidet sich vom unteren DNA-Molekül an einer einzigen Basenpaar-Position (ein G/A-Polymorphismus).
Quelle/Bildnachweis: “File:Dna-SNP.svg.” Wikimedia Commons, the free media repository. 30 May 2022, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Dna-SNP.svg&oldid=659985247 (11.06.2022).

Das Humangenomprojekt, das von 1990 bis 2003 durchgeführt wurde, bot Wissenschaftlern zum ersten Mal die Möglichkeit, den vollständigen genetischen Bauplan des Menschen zu lesen.1 An dem Projekt waren Hunderte von Wissenschaftlern aus den USA, Großbritannien, Frankreich, Deutschland, Japan und China beteiligt. 

Am 12. April 2003 veröffentlichten die Regierungschefs der beteiligten Länder eine gemeinsame Erklärung, in der es hieß, dass die „wesentliche Sequenzierung von drei Milliarden Basenpaaren der DNA des menschlichen Genoms, der molekularen Gebrauchsanweisung des menschlichen Lebens” erreicht worden sei“.2  Dr. Francis S. Collins, Direktor des federführenden amerikanischen National Human Genome Research Institutes und Leiter des Projektes, stellte dazu fest: „Das Humangenomprojekt war ein erstaunliches Abenteuer, bei dem wir uns selbst erforscht haben, um unsere eigene DNA-Bauanleitung, das gemeinsame Erbe der gesamten Menschheit, zu verstehen“.3 

Worum ging es bei diesem Projekt genau? Es ging den Wissenschaftlern um ein besseres Verständnis darüber, welche Rolle die Genetik bei der menschlichen Gesundheit bzw. bei Erkrankungen spielt. Im Rahmen des Projektes wollte man alle Gene des menschlichen Genoms identifizieren; die etwa 3 Milliarden Nukleotide des Genoms sequenzieren; Datenbanken zur Speicherung der erhaltenen Informationen sowie Instrumente zur effizienten Datenanalyse entwickeln.4  

Die Ergebnisse des Projektes, inklusive die Sequenzierungsdaten, wurden der gesamten internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung gestellt, indem man sie in öffentlichen Datenbanken hinterlegte.5  Damit können diese Informationen täglich von Forschern weltweit genutzt werden, um fortlaufend weitere Erkenntnisse sammeln zu können. Aber auch Biotechnologen kommerzieller Unternehmen können dieses Wissen nutzen. Dies hat den Vorteil, dass dadurch inzwischen jeder von uns für einen erschwinglichen Preis sein Genom sequenzieren lassen kann. 

Aber welche Vorteile bringen uns als normale Bürger die Erkenntnisse des Humangenomprojekts? Es können dadurch nicht nur lang zurückliegende Verbrechen (Cold Cases) aufgeklärt werden, sondern durch das genaue Wissen über unsere Genmutationen kann Krankheiten besser vorgebeugt bzw. können sie effizienter bekämpft und geheilt werden. 

Laut Dr. Collins kann man sich das menschliche Genom dabei wie ein Buch mit vielen Verwendungsmöglichkeiten vorstellen: „Es ist ein Geschichtsbuch – eine Erzählung über die Reise unserer Spezies durch die Zeit. Es ist eine Gebrauchsanweisung mit einem unglaublich detaillierten Bauplan für den Aufbau jeder menschlichen Zelle. Und es ist ein transformatives Lehrbuch der Medizin, mit Erkenntnissen, die den Leistungserbringern im Gesundheitswesen immense neue Möglichkeiten zur Behandlung, Vorbeugung und Heilung von Krankheiten geben werden“.6

Durch das HGP konnten mehr als 3 Millionen menschliche Genvariationen, sogenannte Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs), identifiziert werden.7 So zeigt inzwischen die weitere Forschung auf dem Gebiet sowie die Arbeit mit Patienten, dass bestimmte Genvarianten in Verbindung zu diversen Erkrankungen und Symptomen, wie z.B. Fehlgeburten, Schilddrüsenerkrankungen, Krebs- und Herzkreislauferkrankungen, Autismus, ADHS, usw. stehen. 

Ob und inwieweit sich Polymorphismen beim einzelnen Menschen auswirken, hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab, besonders die Epigenetik spielt dabei eine Rolle (z.B. Ernährung, Lebensstil, eventuell erlittene Traumata, Stress, Toxin- und Schwermetallbelastung). Daraus ergeben sich völlig neue Behandlungsansätze. So können Ärzte und andere Therapeuten vermehrt auf die individuelle Genetik des Einzelnen zugeschnittene Behandlungsmöglichkeiten anbieten, bei denen auch bestimmte Nährstoffe zum Einsatz kommen. Therapeuten in Ländern wie den USA und Australien sind da mitunter schon ein Stück weiter, in Deutschland arbeiten derzeit leider noch zu wenige mit diesem Konzept, sehr zum Nachteil der Patienten. 

Bild 2:
Zeitleiste Humangenomprojekt und Meilensteine der Genomforschung von 1865-2003.
 Quelle/Bildnachweis: Darryl Leja, National Human Genome Research Institute (NHGRI) Bethesda, MD, USA
https://www.genome.gov/11007569/figure-1-timeline-and-legend (11.06.2022)
File:Human Genome Project Timeline (26964377742).jpg – Wikimedia Commons

Gerade auch in der humanmedizinischen Ausbildung sollten vermehrt holistische Ansätze zum Tragen kommen und die Nutrigenomik sollte dabei ein wichtiger Bestandteil werden. Aus der Nutrigenomik lernen wir, dass unsere Gene uns einzigartig machen, was unseren persönlichen Bedarf an Vitaminen- und Mineralstoffen angeht, da sie mit bestimmten Nährstoffen interagieren.

Einige Beispiele: Vielen ist nicht bekannt, wie sehr Genvarianten, die die Methylierungs- und Entgiftungsfähigkeit des Körpers beeinträchtigen, die Gesundheit negativ beeinflussen können. Dass z.B. Menschen mit MTHFR8  Polymorphismus durch eine Anästhesie mit Distickstoffmonoxid (Lachgas) gesundheitliche Probleme bekommen können.9  Oder wie bei Patienten mit einer bestimmten MTHFR Genvariante der mitunter erhöhte Homocysteinwert erfolgreich gesenkt werden kann bzw. welche Genvarianten, wie z.B. der COMT10 Polymorphismus, mit AD(H)S zu tun haben und wie dies behandelt werden kann.11 Auch ist den meisten Menschen nicht bekannt, dass eine PEMT-Genvariante12 zu erhöhten Cholesterin- und Triglyceridwerten führen kann. Varianten bei den Genen MTHFR, DAO13, MAO14, HNMT15, PEMT und AOC1/ABP116 können bei der Histaminintoleranz eine Rolle spielen, daher wäre es in solchen Fällen u.a. wichtig, die Methylierung im Körper zu unterstützen.17 

Auch hängen verschiedene Formen der Urtikaria mit bestimmten Genvarianten zusammen. So kann z.B. Vibrationsurtikaria durch eine Mutation im ADGRE2-Gen verursacht werden.18 Die Gruppe der Cytochrom P450-Enzyme wiederum gehört zu den Enzymen, die den Metabolismus von Medikamenten und anderen Stoffen regeln. Bezüglich der Verträglichkeit von Medikamenten wäre es für den Arzt daher sinnvoll zu wissen, welche Polymorphismen bei seinem Patienten vorliegen, die die Reaktion auf Medikamente beeinflussen können.

Um eine bessere Diagnose und effizientere Behandlung zu ermöglichen, wäre daher ein umfassender Gentest sinnvoll, damit ein individuell auf den Patienten zugeschnittener Therapieplan erstellt werden kann. Und auch bezüglich der Entwicklung neuer, noch wirksamerer Medikamente, die dann direkt an den Patienten angepasst werden können, ist Gensequenzierung interessant. Und dies sind nur einige Beispiele.

Wohin wird also die Reise gehen? Dr. Collins gibt folgende Aussicht: „Der Abschluss des Humangenomprojekts sollte nicht als Endpunkt betrachtet werden. Vielmehr markiert er den Beginn einer aufregenden neuen Ära – der Ära des Genoms in der Medizin und im Gesundheitswesen“19

Und vielleicht wird es eines Tages zur Routine geworden sein, gleich nach der Geburt eines neuen Erdenbürgers sein Genom zu sequenzieren, um schon früh individuellen Gesundheitsrisiken entgegenwirken zu können. Die Zukunft wird es zeigen.

Literatur 

Alberts, Bruce and Aaron Klug, „The Human Genome Itself Must Be Freely Available to All Humankind“, Nature 404 (23 March): 325, 2000.

Boyden, Steven E et al., „Vibratory Urticaria Associated with a Missense Variant in ADGRE2“,The New England Journal of Medicine, Vol. 374,7 (2016): 656-63. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4782791/ (18.05.2022).

Cortese C, Motti C., „MTHFR Gene Polymorphism, Homocysteine and Cardiovascular Disease“, Public Health Nutr. 2001 Apr. 4 (2B):493-7, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11683544 (17.05.2022).

Department of Trade and Industry (U.K.), Heads of Government Congratulate Scientists on Completion of Human Genome Project, Hermes Database (12 April); LexisNexis Academic, 2003.

Gannett, Lisa, „The Human Genome Project“, The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Winter 2019 Edition), Edward N. Zalta (ed.), https://plato.stanford.edu/archives/win2019/entries/human-genome (17.05.2022).

Ghosh P, Sarkar K, Bhaduri N, et al., „Catecholaminergic gene variants: contribution in ADHD and associated comorbid attributes in the eastern Indian probands“, Biomed Res Int. 2013; 2013:918410.

Nagele, Peter et al., „Influence of methylenetetrahydrofolate reductase gene polymorphisms on homocysteine concentrations after nitrous oxide anesthesia“, Anesthesiology, Vol. 109,1 (2008): 36-43.

Nakata Y. et al, Methylenetetrahydrofolate Reductase Gene Polymorphism: Relation to Blood Pressure and Cerebrovascular Disease, 11. August 1998 (8 Pt 1):1019-23, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9715796/ (19.05.2022).

National Human Genome Research Institute, International Consortium Completes Human Genome Project, National Institutes of Health, U.S. Department of Energy (14. April, 2003), https://www.genome.gov/11006929/2003-release-international-consortium-completes-hgp (16.05.2022).

National Institutes of Health, NIH Scientists discover Genetic Cause of rare Allergy to Vibration, US Department of Health & Human Services, 03.02.2016, https://www.nih.gov/news-events/news-releases/nih-scientists-discover-genetic-cause-rare-allergy-vibration (18.05.2022).

Orhon et al, „Methylene Tetrahydrofolate Reductase Deficiency: the Hidden Risk in Paediatric Anaesthesia“, Turk. J Anaesthesiol Reanim. 2017, Oct. 45(5):277-281, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29114412 (18.05.2022).

Schaaf, Christian P., und Johannes Zschocke, Basiswissen Humangenetik, Springer Verlag, 2012.

Selzer, Rebecca, et al., „Adverse Effect of Nitrous Oxide in a Child with 5,10-Methylenetetrahydrofolate Reductase Deficiency“, July 3, 2003, New England Journal of Medicine, 2003; 349:45-50.

1. National Human Genome Research Institute, International Consortium Completes Human Genome Project (14. April 2003), https://www.genome.gov/11006929/2003-release-international-consortium-completes-hgp (16.05.2022).

2. Department of Trade and Industry (U.K.), Heads of Government Congratulate Scientists on Completion of Human Genome Project, Hermes Database (12 April); LexisNexis Academic, 2003.

3. National Human Genome Research Institute, International Consortium Completes Human Genome Project (14. April 2003), https://www.genome.gov/11006929/2003-release-international-consortium-completes-hgp (16.05.2022).

4. Gannett, Lisa, “The Human Genome Project”, The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Winter 2019 Edition), Edward N. Zalta (ed.), https://plato.stanford.edu/archives/win2019/entries/human-genome (17.05.2022).

5. Alberts, Bruce and Aaron Klug, “The Human Genome Itself Must Be Freely Available to All Humankind,” Nature 404 (23 Mar): 325, 2000.

6. National Human Genome Research Institute, What is the Human Genome Project?, https://www.genome.gov/human-genome-project/What (17.05.2022)

7. Als „Single Nucleotide Polymorphism“, kurz „SNP“, bezeichnet man in der Genetik verschiedene Variationen einzelner Basenpaare (single nucleotids) an einer bestimmten Stelle des Genoms. Siehe auch: Schaaf, Christian P., und Johannes Zschocke. Basiswissen Humangenetik. Springer-Verlag, 2012.

8. MTHFR = Abkürzung für Methylentetrahydrofolat-Reduktase

9. Orhon et al, Methylene Tetrahydrofolate Reductase Deficiency: the Hidden Risk in Paediatric Anaesthesia, Turk. J Anaesthesiol Reanim. 2017 Oct. 45(5):277-281, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29114412 (18.05.2022) 

10. COMT = Abkürzung für Catechol-O-Methyltransferase

11. Ghosh P, Sarkar K, Bhaduri N, et al. Catecholaminergic gene variants: contribution in ADHD and associated comorbid attributes in the eastern Indian probands, Biomed Res Int. 2013;2013:918410 (17.05.2022).

12. PEMT = Abkürzung für Phosphatidylethanolamine N-Methyltransferase

13. DAO = Diaminoxidase | 14. MAO = Monoaminooxidase | 15. HNMT = Histamin N-Methyltransferase

16. AOC1 = Amine Oxidase Copper Containing 1; ABP1 = Auxin-Bindendes Protein 1

17. Der Methylierungszyklus spielt eine wichtige Rolle bei vielen Prozessen im Körper, u.a. auch beim Abbau von Monoamin-Neurotransmittern, einschließlich Histamin.

18. National Institutes of Health, NIH scientists discover genetic cause of rare allergy to vibration, US Department of Health & Human Services, 03.02.2016, https://www.nih.gov/news-events/news-releases/nih-scientists-discover-genetic-cause-rare-allergy-vibration (siehe auch: Boyden, Steven E et al. “Vibratory Urticaria Associated with a Missense Variant in ADGRE2.” The New England Journal of Medicine vol. 374,7 (2016): 656-63. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4782791/ (18.05.2022).

19. National Human Genome Research Institute, International Consortium Completes Human Genome Project (14. April 2003), https://www.genome.gov/11006929/2003-release-international-consortium-completes-hgp (16.05.2022).