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Molekulare Geschichtsverfälschung?

Fehlerhafter Maßstab: 95 Prozent unseres Genoms sind beeinflusst

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Ein neuer Massstab entsteht: Guss der internationalen Urmeter in Paris 1874. (Symbolbild)
Ein neuer Massstab entsteht: Guss der internationalen Urmeter in Paris 1874. (Symbolbild) (Bild: Conservatoire des Arts et Métiers)

Die Untersuchung der Demographie aller menschlichen Populationen aber auch jeder anderen Spezies basiert auf so genannten genetischen Markern. Sind diese „neutral“ also zufällig entstanden, werden sie in der Genetik als zuverlässige „Standards“ eingesetzt, um die Geschichte einer Spezies zu rekonstruieren. Die Aussagekraft und Verlässlichkeit solcher Rekonstruktionen könnte nun fundamental ins Wanken geraten: Denn einer aktuellen Studie von Schweizer Wissenschaftlern zufolge sind 95% unseres Genoms gar nicht neutral sondern beeinflusst. Dies könnte zu verzerrten Einschätzungen führen.

Bern/Schweiz – Maßstäbe und Bezüge stellen die Grundlage für unser Weltverständnis dar: durch sie können wir messen, wie groß unsere Kinder sind, oder wie wirkungsvoll ein Medikament ist. Wenn aber solche Maßstäbe fehlerhaft sind, werden auch alle damit durchgeführten Messungen in Zweifel gezogen.

Auch in der Genetik werden bestimmte Standards und Maßstäbe verwendet, um die Geschichte einer Spezies zu rekonstruieren oder die Auswirkung von Mutationen zu beurteilen. Dies sind genetische Marker, die im gesamten Erbgut zu finden sind. Sofern diese Marker „neutral“ sind – das heißt, dass sie sich zufällig entwickelt haben und nicht durch einen selektiven Prozess – können sie zuverlässig als „Standards“ zum Vergleich verschiedener Parameter in diversen Populationen verwendet werden.

95% unseres Genoms sind beeinflusst

Jedoch haben die Wissenschaftlerin Fanny Pouyet und ihre Kollegen der Gruppe von Laurent Excoffier am Institut für Ökologie und Evolution, Abteilung Populationsgenetik der Universität Bern und dem SIB Schweizerischen Institut für Bioinformatik vor Kurzem entdeckt, dass tatsächlich 95% unseres Genoms durch Selektion oder Mutationsbias beeinflusst zu werden scheinen und dass früher als neutral betrachtete Marker anscheinend zu verzerrten Einschätzungen führen. Die aktuell veröffentlichte Studie fordert die Neuuntersuchung einer Vielzahl von Ergebnissen und bietet entsprechende Werkzeuge und Empfehlungen, um solche Probleme in Zukunft zu beheben.

„Das ist ein erschütterndes Ergebnis“

Modelle zur Rekonstruktion der Geschichte einer Spezies oder zur Erkenntnis, wie Populationen miteinander verwandt sind, basieren auf der Grundannahme, dass die untersuchten Genomregionen aus neutralen DNA-Schnipseln bestehen. Das bedeutet, dass diese zufällig entstanden und nicht selektiert oder ausselektiert worden sind. Entsprechend den neuesten Forschungsergebnissen der Forschenden der Universität Bern und am SIB sind diese Regionen scheinbar gar nicht so neutral wie bisher gedacht:

„Unsere Erkenntnisse zeigen, dass weniger als 5% des menschlichen Genoms als wirklich 'neutral' bezeichnet werden können“, sagt Fanny Pouyet, Erstautorin der Studie. „Das ist ein erschütterndes Ergebnis, denn es bedeutet, dass im Umkehrschluss 95% des Genoms indirekt durch sogenannte funktionale Loci beeinflusst werden, die selbst wiederum nur 10% bis 15% des Genoms ausmachen“, folgert sie. Diese funktionalen Loci umfassen sowohl Gene als auch Regionen zur Genregulation.

Eine „universelle“ Methode für neutrale Marker

Forscher haben über Jahre hinweg die beste Methode zur Gewinnung neutraler Genommarker-Sets entwickelt und einige dieser Sets werden in der Genforschung routinemäßig eingesetzt. Die Studie von Pouyet und ihren Kollegen lässt nun Zweifel an der Zuverlässigkeit dieser Marker aufkommen. „Wir haben alle bisher bestehenden und als neutral eingestuften Marker-Sets erneut untersucht und herausgefunden, dass sie unter manchen Gesichtspunkten zu verzerrten Ergebnisse führen können“, sagt Pouyet.

Das Team definierte anschließend ein neues Marker-Set, welches dieses Mal alle Neutralitätskriterien durch den Einsatz von zwei kompletten Genom-Datensätzen von mehr als insgesamt 100 Personen erfüllte. Dieser neutrale Datensatz wurde nun für Menschen zur Verfügung gestellt, aber das Verfahren zur Definition solcher Marker kann auch für jede andere Spezies eingesetzt werden.

Forscher fordern Neuüberprüfung genetischer Studien

Wie hat der Einsatz von nicht neutralen Markern bisherige demografische Schlussfolgerungen beeinflusst? Für eine erste Einschätzung der Situation verglich das Team die Ergebnisse nach dem Einsatz von nicht neutralen mit denen von neutralen Markern im Rahmen von gegenwärtigen afrikanischen und japanischen Populationen. „Wir haben entdeckt, dass eine solche Verzerrungstendenz zu der falschen Annahme führen kann, dass Populationen einer konstanten Größe gewachsen seien, oder dass Ereignisse, die zu einer drastischen Reduzierung der Population geführt haben, übersehen werden“, betont Laurent Excoffier.

„Auch wenn Art und Ausmaß einer Abweichung für eine bestimmte Population schwer zu prognostizieren sind, sollte die Demographie aller menschlichen Populationen auf Grundlage dieses neuen Sets von neutralen Markern neu untersucht werden. Wobei Demographie alleine nicht reicht: ein verzerrter neutraler Vergleichswert könnte auch das Maß der Auswirkung von Mutationen beeinflussen“, sagt er.

Originalpublikation: Fanny Pouyet, Simon Aeschbacher, Alexandre Thiery, Laurent Excoffier: Background selection and biased geneconversion affect more than 95% of thehuman genome and bias demographicinferences; eLife 2018;7:e36317. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.36317

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