Wir sind alle Menschen, warum gibt es so große Unterschiede? Die Antwort der DNA

„Warum ist Yao Ming so groß, aber ich bin so klein?“

„Warum ist eines meiner beiden Kinder gut im Lernen und das andere nicht?“

„Warum sind manche Menschen introvertiert und manche extrovertiert?“

„Warum erkranken manche Raucher häufiger an Lungenkrebs, während andere seltener daran erkranken?“

Im Leben stehen Sie oft vor ähnlichen Fragen: Wir sind alle Menschen, aber warum gibt es in allen Aspekten so große Unterschiede?

Tatsächlich ist ein Teil der Antwort auf diese Frage in Ihrer DNA verborgen.

Wussten Sie, dass die DNA des menschlichen Genoms insgesamt über 3 Milliarden Nukleotidpaare umfasst und dass über 99,9 % der DNA-Sequenzen bei Ihnen und mir gleich sind, was uns größtenteils gleich macht, beispielsweise haben wir alle zwei Augen, eine Nase und einen Mund. Gleichzeitig bedeutet es aber auch, dass sich unsere DNA um etwa 0,1 % unterscheidet, und dieser genetische Unterschied von 0,1 % macht jeden von uns zu einem einzigartigen Individuum.

Wie werden genetische Variationen klassifiziert?

Wenn man die genetische Variation zwischen Menschen nach ihrer Bandbreite unterteilt, kann man sie grob in die folgenden vier Typen unterteilen:

1. Chromosomenzahlvariation

Im Allgemeinen ist die Anzahl der menschlichen Chromosomen stabil. Die meisten Menschen haben 23 Paare (46 Chromosomen). Ein Chromosom mehr oder weniger führt zu Veränderungen der entsprechenden Merkmale. Das typischste Beispiel für eine Chromosomenzahlvariation ist die Trisomie 21, auch als Down-Syndrom bekannt. Wir wissen, dass normale Menschen zwei Chromosomen des Chromosoms 21 haben, aber Patienten mit Down-Syndrom haben ein Chromosom 21 mehr als normale Menschen. Aufgrund dieses zusätzlichen Chromosoms leiden Patienten mit Down-Syndrom normalerweise unter schweren geistigen Behinderungen und Lernschwierigkeiten.

2. Strukturelle Variation

Unter Strukturvariation versteht man Veränderungen in der Sequenz und Position großer Fragmente im Genom. Es umfasst mehrere Arten von Variationen wie Fragmentlöschung, Fragmentduplizierung, Kopienzahlvariation, Fragmenteinfügung und Fragmentinversion.

3. Einfügen/Löschen kurzer Fragmente

Das Einfügen/Löschen kurzer Fragmente ist relativ einfach zu verstehen. Es bezieht sich auf die Einfügung oder Löschung eines kurzen Fragments (normalerweise weniger als 50 Basen) an einer bestimmten Position im Genom.

4. Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNP)

Der Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNP) ist die einfachste und häufigste Form der genomischen Variation. Es bezieht sich auf den DNA-Sequenzpolymorphismus, der durch die Veränderung eines einzelnen Nukleotids verursacht wird.

Wie viele Variationen gibt es also im menschlichen Genom?

Schätzungen zufolge gibt es weltweit mehr als 88 Millionen Varianten im menschlichen Genom (darunter etwa 84,7 Millionen Einzelnukleotid-Polymorphismen, 3,6 Millionen kurze Insertions-/Deletionsvarianten und etwa 60.000 Strukturvarianten). Aber wenn wir nur Sie und mich betrachten, sind unsere Genome nicht so unterschiedlich, weil unsere Sequenzen an den oben genannten 88 Millionen Variantenstellen sehr wahrscheinlich identisch sind. Tatsächlich können sich unsere Genome, wenn wir derselben ethnischen Gruppe angehören, um 4,1 bis 5 Millionen Gene unterscheiden (mehr als 99,9 % davon sind Einzelnukleotid-Polymorphismen und kurze Insertions- und Deletionsvarianten, und es gibt etwa 2.100 bis 2.500 Strukturvarianten).

Obwohl diese vier oder fünf Millionen Varianten nur einen kleinen Teil des gesamten Genoms ausmachen, reichen sie aus, um uns in vielerlei Hinsicht leicht unterschiedlich zu machen. Aus diesem Grund ist Yao Ming so groß und ich so klein, und aus diesem Grund können zwei Kinder aus derselben Familie unterschiedliche schulische Leistungen erbringen, verschiedene Menschen haben unterschiedliche Persönlichkeiten und jeder ist unterschiedlich anfällig für Lungenkrebs. Es sind diese genetischen Variationen, die Sie prägen, die einzigartig und unersetzlich auf dieser Welt sind.

Welche Bedeutung hat genetische Variation?

Obwohl es in unserem Genom so viele genetische Variationen gibt, sind diese genetischen Variationen in den meisten Fällen neutral, also weder schädlich noch nützlich. Manchmal erhöhen diese genetischen Variationen jedoch die Anfälligkeit der Menschen für bestimmte Krankheiten und sind schädlich für unsere Gesundheit. Welche Bedeutung haben also die vielen genetischen Variationen im menschlichen Genom?

Erstens erhöht die genetische Variation die Vielfalt innerhalb unserer menschlichen Bevölkerung. Stellen Sie sich vor, wie langweilig die Welt wäre, wenn Sie von Menschen umgeben wären, die genau wie Sie wären.

Darüber hinaus ist die genetische Variation für die menschliche Evolution von Vorteil, da sie dazu beiträgt, sich an komplexe und sich verändernde Umgebungen anzupassen. Wir Menschen produzieren, wie auch andere Arten, im Prozess der Fortpflanzung von Generation zu Generation kontinuierlich verschiedene günstige und ungünstige Mutationen. Da sich unsere Umwelt ständig verändert, bleiben vorteilhafte menschliche Mutationen durch natürliche Selektion erhalten, während ungünstige Mutationen eliminiert werden. Im Prozess der kontinuierlichen Selektion werden sich diese angesammelten günstigen Mutationen positiv auf die menschliche Evolution auswirken und den Menschen zu einer besseren Anpassung an die umgebende Umwelt machen.

Verweise

1. Collins RL, Brand H, Karczewski KJ, et al. Eine Referenz zu strukturellen Variationen für medizinische und genetische Populationen [veröffentlichte Korrektur erscheint in Nature. 2021 Feb;590(7846):E55]. Natur. 2020;581(7809):444-451. doi:10.1038/s41586-020-2287-8

2. 1000 Genomes Project Consortium, Auton A, Brooks LD, et al. Eine globale Referenz zur genetischen Variation des Menschen. Natur. 2015;526(7571):68-74. doi:10.1038/nature15393

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