Anpassung. Durch neue Sequenziermethoden können Forscher heute nachvollziehen, wie die Evolution das Genom verändert.
Seit Darwins revolutionären Erkenntnissen wissen Forscher, dass natürliche Selektionsmechanismen die Entwicklung allen Lebens auf der Erde geprägt haben und somit auch grundlegend für die Entstehung des Menschen waren. Was Darwin allerdings noch nicht wissen konnte, ist, dass sich durch die Selektion gewisser Eigenschaften auch die ihnen zugrunde liegenden Gene verändern. Doch wie funktioniert Evolution auf genetischer Ebene? Wie schnell kann sich ein Organismus anpassen, und wie verändert sich dabei seine DNA?
Das untersuchen Forscher des Instituts für Populationsgenetik an der Vet-Med-Uni Wien um Christian Schlötterer, die nun Übersichtsarbeiten in Nature Reviews und Heredity veröffentlichten. Sie wollen verstehen, wie sich Organismen an veränderte Temperaturen anpassen – ein durch den Klimawandel besonders relevantes Thema. In ihrem Experiment durften sich Fruchtfliegen über 15 bis 20 Generationen bei unterschiedlichen Temperaturen entwickeln: Die Populationen von Drosophila melanogaster waren anfangs genetisch ident. Schon nach 20 Generationen zeigten die Fliegen eine höhere Resistenz gegen Austrocknen. Die Sequenzierung der verschiedenen Gruppen der Fliegen zeigte starke Veränderungen im Genom.
Gene der „Methusalem“-Fliegen
Mit dem neuen Ansatz der DNA-Sequenzierung namens „Evolve and Resequence“ kann man auch Gene herausfiltern, die das Altern steuern: Pickt man über Generationen hinweg die Fliegen heraus, die besonders alt werden, kann man die Genome der „Methusalem“-Fliegen mit denen von normal alternden vergleichen. Welche Veränderungen im Genom auf evolutionären Selektionsdruck zurückzuführen sind, ist noch nicht endgültig geklärt. Ähnliche Experimente wurden über Jahrzehnte mit Mäusen durchgeführt, deren Genom zu über 85 Prozent mit dem menschlichen übereinstimmt. Für mehr als 60 Generationen wurden Mäuse selektiert, die sich auf einem Laufrad bewegten. Diese „Marathonmäuse“ zeigten spezifische Veränderungen am Muskelapparat, im Gehirn, aber auch in ihrer DNA: Zahlreiche Gene, die zur Muskelbildung notwendig sind, hatten sich im Laufe der Selektion stark verändert.
Möglich wurde die Erforschung der genetischen Grundlagen der Evolution durch die rasante Entwicklung der DNA-Sequenzierung. „Um ein menschliches Genom zu sequenzieren, brauchen wir nur noch eine Woche“, sagt Christoph Bock, wissenschaftlicher Leiter der Biomedical Sequencing Facility am CeMM-Forschungszentrum (Österreichische Akademie der Wissenschaften und Med-Uni Wien). Die Sequenzierung des ersten menschlichen Genoms dauerte elf Jahre.
Nutzen auch in der Krebsforschung
Moderne Sequenziermethoden werden auch in der Krebsforschung eingesetzt, denn Tumorzellen unterlaufen eine gewisse Evolution: Im Laufe einer Behandlung überleben oft die am besten gegen die Medikamente gewappneten Zellen. Die sogenannten therapieresistenten Krebszellen sind besonders gefährlich. Durch den Vergleich der DNA-Sequenz von resistenten und nicht resistenten Tumorzellen wollen die Forscher herausfinden, welche genetischen Faktoren für diese fatale Entwicklung verantwortlich sind.
Auch für die Behandlung anderer Krankheiten wird der genetische Fingerabdruck immer wichtiger. „Es wird der Punkt kommen, an dem wir routinemäßig unsere DNA-Sequenz bestimmen und auf dieser Basis über die geeignetste Behandlung entscheiden werden“, sagt Bock. Technisch wäre das schon heute möglich. Die Frage, wie wir künftig mit dem gewonnenen Wissen über unsere Gene umgehen werden, ist allerdings noch offen.