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04.07.07 Über den genetischen Unterschied zwischen Mensch und Schimpanse – der „1 %-Mythos“
Die Flut von DNA-Sequenzdaten nimmt zu und die Vielzahl von Publikationen über genetische Analysen ist unüberschaubar. Diese Entwicklung darf jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, dass wir uns erst im Vorfeld eines Verständnisses von der Organisation genetischer Information und deren Bedeutung für einen Organismus befinden. Das wurde nicht zuletzt durch die jüngste Veröffentlichung des ENCODE1-Project-Consortiums deutlich. Darin legen Mitarbeiter aus 35 kooperierenden Arbeitsgruppen die bisher umfangreichsten Untersuchungen von ca. 30 Mb (Megabasen, Millionen Basen) des menschlichen Genoms (=Erbgut) vor (dies entspricht etwa 1 % des gesamten Erbguts). Diese Resultate eröffnen neue Einsichten, u. a.: Das menschliche Genom wird fast durchgängig transkribiert, d.h. die allermeisten Basen werden in RNA umgeschrieben; „nicht codierende“ Abschnitte wurden identifiziert, die entgegen bisheriger Annahmen ebenfalls transkribiert werden. Für zahlreiche Sequenzabschnitte, die bisher als funktionslos angesehen wurden, konnten regulatorische Eigenschaften aufgezeigt werden. Mit anderen Worten: Der seit Beginn der Sequenzierungsaktivitäten häufig verwendete Begriff „junk-DNA“ („DNA-Müll“, womit man einen erheblichen Anteil z.B. des menschlichen Genoms bezeichnete, der ohne Funktion zu sein schien) war voreilig und kann als Hinweis auf unsere Unwissenheit aufgefasst werden. Damit ist auch ein häufig angeführtes Argument gegen „Intelligent Design" hinfällig geworden, wonach funktionsloses Design gegen Schöpfung spreche. Die ausgesprochen populäre Evolutionsdeutung von unverstandener DNA als „evolutionärer Müll" erweist sich zunehmend als irreführend. Glücklicherweise hat sich die empirische biologische Forschung von dieser evolutionären Spekulation nicht beeindrucken lassen und ist dabei, den Irrtum aufzuklären.
1 % Unterschied zwischen Mensch und Schimpanse? Ähnlich wie der Begriff vom „DNA-Müll" hat sich auch die vermeintliche Tatsache von der weitgehenden Übereinstimmung zwischen dem Genom des Menschen (Homo sapiens) und des Schimpansen (Pan troglodytes) im Allgemeinwissen eingenistet; der genetische Unterschied soll gerade mal 1 % betragen.
Die Behauptung der ca. 99 %-igen Übereinstimmung der Genome von Mensch und Schimpanse wurde erstmals von Wilson & King (1975) in einem Science-Artikel aufgestellt. Damals erregte dieser erstaunlich geringe Unterschied Aufsehen. Bei aufmerksamer Lektüre der Veröffentlichung von Wilson & King fällt jedoch auf, dass die beiden Autoren vermuten, neben den Genen (bekannte codierende Sequenzabschnitte) müssen weitergehende Differenzen vorliegen, die ursächlich für die auffälligen Unterschiede z.B. in Anatomie und Verhalten sind. Sie dachten dabei vor allem an genregulatorische Prozesse.
Nachfolgende Untersuchungen unterstützten die weitgehende genetische Übereinstimmung der beiden Primaten. Als 2005 vom Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium die Sequenz des Schimpansengenoms veröffentlicht wurde (King war im Autorenteam), bestätigten diese Untersuchungen die auffällige Übereinstimmung: der Vergleich von 2,4•109 Basen der beiden Arten ergab eine Differenz von 1,23 %. In der Publikation wurde jedoch ebenfalls vermerkt, dass diese Angabe ausschließlich den Austausch einzelner Basen berücksichtigt, nicht jedoch die vielen größeren Genomabschnitte, die eingefügt (Insertion) bzw. herausgeschnitten (Deletion) worden sind. Diese Bereiche werden häufig als „indels“ bezeichnet. Berücksichtigt man diese „indels“, so ergibt sich nach Berechnungen des Schimpansen-Konsortiums eine Differenz von zusätzlich 3 %. Weitere vergleichende Untersuchungen zwischen dem menschlichen Erbgut und dem Schimpansengenom relativierten die Angabe von ca. 1 % Unterschied zunehmend und veranlassten Cohen (2007), in einem Science-Artikel vom „Mythos“ dieses 1 %-igen Unterschieds zu sprechen.
Doch nicht nur „indels“ vergrößern den Unterschied zwischen den beiden Genomen. Auch ganze Gene werden dupliziert oder werden eliminiert. Diese Vorgänge verursachen nach Berechnungen von Hahn und Mitarbeitern (2006) einen Unterschied von 6,4 %. Nach Ansicht der Autoren spielten Genduplikationen (=Gen-Verdoppelungen) und Genverluste bei der Entwicklung von spezifisch menschlichen Phänotypen (=äußere Gestalt) eine größere Rolle als der Austausch von Basen und ganz sicher eine größere Rolle, als man bisher geschätzt hat.
Geschwind hat gemeinsam mit Mitarbeitern untersucht, welche von 4000 Genen in bestimmten Arealen des Gehirns gleichzeitig angeschaltet (exprimiert) werden und aus den gewonnenen Daten ein Gen-Netzwerk für verschiedene Organismen konstruiert. Die Autoren berichten, dass im Cortex beim Menschen 17,4 % der Vernetzungen spezifisch sind und beim Schimpansen nicht auftreten (Geschwind et al. 2006).
Abschließend zitiert Cohen Svante Pääbo vom Max Planck-Institut für Evolutionäre Anthropologie in Leipzig; dieser antwortete auf die Frage, ob man unter Berücksichtigung aller bekannten Daten den Unterscheid zwischen Mensch und Schimpanse genau beziffern könne, folgendermaßen: Er glaube nicht, dass es eine Möglichkeit gebe, eine Zahl zu berechnen. Weiter wird Pääbo mit der Aussage zitiert: „In the end, it’s a political and social and cultural thing about how we see our differences.“ Dem ist eigentlich nichts hinzuzufügen außer vielleicht der Wunsch, dass sich diese Einsicht ähnlich rasch und nachhaltig in das Allgemeinwissen eingräbt wie die noch viel zu häufig und unreflektiert erwähnten 1 %-Unterschied zwischen Mensch und Schimpanse. Wir wissen inzwischen mehr!
1 ENCODE: ENCyclopedia Of DNA Elements
Literatur
Cohen J (2007) Relative differences: the myth of 1 %. Science 316, 1836.
Demuth JP, Bie TD, Stajich JE, Christianini N & Hahn MW (2006) Evolution of mammalian gene families. PLoS ONE 1(1): e85, doi:10.1371.
King MC & Wilson AC (1975) Evolution at two levels in human and chimpanzees. Science 188, 107-116.
Oldham MC, Horwath S & Geschwind DH (2006) Conservation and evolution of gene coexpression networks inhuman and chimpanzee brains. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 17973-17978.
The Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium (2005) Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome. Nature 437, 69-87.
The ENCODE Project Consortium (2007) Identification and analysis of functional elements in 1 % of the human genome by the ENCODE pilot project. Nature 447, 799-816.
Autor dieser News: Harald Binder
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