Fascinating facts about DNA
DNA

Bemerkenswerte Geschichten über die DNA

Die Erforschung unserer Vorfahren

Ausgehend von minimalen physischen Beweisen hat uns die DNA-Analyse ein klareres Bild davon vermittelt, wie unsere Vorfahren ausgesehen haben könnten..

Die Denisovaner (Denisova-Hominine) lebten während des Alt- und Mittelpaläolithikums vor 30.000 bis 14.500 Jahren in Asien. Ihre Morphologie war rätselhaft.

Der erste Denisovaner wurde 2010 auf der Grundlage mitochondrialer DNA identifiziert, die aus einem weiblichen Fingerknochen in einer sibirischen Denisovaner-Höhle gewonnen worden war. Die wenigen gefundenen Fossilien waren jedoch weder groß noch vollständig genug, um viele anatomische Details zu rekonstruieren. Einem israelischen Wissenschaftlerteam ist es gelungen, die Anatomie der Denisovaner anhand von DNA-Methylierungskarten vorherzusagen.1 Die Studie ergab, dass die Denisovaner dem Neandertaler ähnlich sahen, mit einigen feinen Unterschieden, beispielsweise einem breiteren Kiefer und Schädel.

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Wie viele Gene haben wir?

30 Jahre nach Beginn des Humangenomprojekts (HGP) haben wir noch immer nicht alle unsere Gene identifiziert. Die Antwort erweist sich als weitaus komplexer, als man sich zu Beginn des HGP vorgestellt hatte.

Ziel des HGP (1990 bis 2003) war die Kartierung der DNA-Sequenz und der Lage aller menschlichen Gene. Man ging davon aus, dass mit der definierten Sequenz die Lage aller Gene bestimmt werden könnte, aber wir kennen noch immer nicht die vollständige Sequenz. Während man sich über die Anzahl der proteinkodierenden Gene mehr oder weniger einig ist, hat man erkannt, dass es noch viele andere Genarten gibt.4

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Uralte Viren in unserer DNA

Uralte Viren in unserer DNA könnten Hinweise auf künftige Gesundheitsgefahren und Medikamente liefern.

Im Laufe von Millionen von Jahren infizierten sich unsere Vorfahren mit Viren. Ihre DNA umfasst inzwischen mehr von unserem Genom als menschliche Gene. Etwa 8 % des menschlichen Genoms bestehen aus retroviraler DNA, während die bekannten Gene nur 1–2 % ausmachen.

Im Gegensatz zu anderen Viren, die meist keine physischen Spuren ihrer Existenz hinterlassen, durchlaufen Retroviren einen Schritt in ihrem Lebenszyklus, bei dem ihr genetisches Material in das Genom ihres Wirts integriert wird. Diese Integration hat eine genetische Fossilienspur von ausgestorbenen Retroviren hinterlassen, die sich in den Genomen moderner Organismen wiederfindet. Diese virale DNA ist in der Regel inaktiv. Wenn eine Zelle jedoch bösartig wird, können die Suppressionsmechanismen versagen, wodurch die alte virale DNA reaktiviert werden kann. Forschende untersuchen diese Phänomene, um herauszufinden, ob sich die Mechanismen in der Medizin nutzen lassen. Sie haben herausgefunden, wie unsere Vorfahren vor etwa 11 Millionen Jahren ein altes Retrovirus ausgelöscht haben könnten. Es wurde beobachtet, dass Stress oder Infektionen möglicherweise dazu führen, dass in unserem Genom verborgene Viren reaktiviert werden, was in einigen Fällen zu Erkrankungen wie Multipler Sklerose, Diabetes und Schizophrenie beiträgt.7

Ancient viruses in our DNA

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Mythen und Wahrheit im Loch Ness

Mit Hilfe umweltbezogener DNA-Analysen wurde in Schottland ein Mythos untersucht. Ein Team von Forschenden unter der Leitung der Universität von Otago in Neuseeland veröffentlichte im September 2019 die Ergebnisse einer Untersuchung von DNA-Proben aus dem schottischen Loch Ness. Mit dieser Untersuchung wurde versucht, das Rätsel des mythischen „Ungeheuers von Loch Ness“ („Nessie“) zu lösen, das der Legende nach in den Tiefen des großen Sees lebt.

Zum Einsatz kam umweltbezogene DNA-Metabarcodierung. Die Studie fand keine Beweise für das Auftreten großer Tiere, was die Theorie ausschließt, dass es sich bei „Nessie“ um ein Reptil aus der Jurazeit handeln könnte, z. B. um einen Plesiosaurier. Die Forschungsgruppe untersuchte auch das Vorkommen verschiedener Arten großer bzw. riesiger Fische. Es gab zwar keine Hinweise auf große Fische, aber das Forschungsteam fand eine große Menge an Aal-DNA. Zwar gaben die Daten keinen Aufschluss über die Größe, doch zeigten sie, dass es im Loch Ness riesige Aale geben könnte, was die mögliche Erklärung für das Phänomen „Nessie“ wäre.10

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Literatur

  1. Reconstructing Denisovan Anatomy Using DNA Methylation Maps. Cell. Volume 179, Issue 1, 19 September 2019, Seite 180-192.e10

  2. Martin, W. & Mentel, M. (2010) The Origin of Mitochondria. Nature Education 3(9):58
    https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-origin-of-mitochondria-14232356/

  3. https://www.omim.org

  4. Salzberg, S.L. Open questions: How many genes do we have?. BMC Biol 16, 94 (2018).
    https://doi.org/10.1186/s12915-018-0564-x

  5. Jia–Hua Hu, Cole Malloy, G. Travis Tabor, Jakob J. Gutzmann, Ying Liu, Daniel Abebe, Rose-Marie Karlsson, Stewart Durell, Heather A. Cameron, Dax A. Hoffman. Activity-dependent isomerization of Kv4.2 by Pin1 regulates cognitive flexibility. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-15390-x

  6. www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200327141518.htm

  7. A. Moretti, L. Fonteyne, F. Giesert, P. Hoppmann, A. B. Meier, T. Bozoglu, A. Baehr, C. M. Schneider, D. Sinnecker, K. Klett, T. Fröhlich, F. Abdel Rahman, T. Haufe, S. Sun, V. Jurisch, B. Kessler, R. Hinkel, R. Dirschinger, E. Martens, C. Jilek, A. Graf, S. Krebs, G. Santamaria, M. Kurome, V. Zakhartchenko, B. Campbell, K. Voelse, A. Wolf, T. Ziegler, S. Reichert, S. Lee, F. Flenkenthaler, T. Dorn, I. Jeremias, H. Blum, A. Dendorfer, A. Schnieke, S. Krause, M. C. Walter, N. Klymiuk, K. L. Laugwitz, E. Wolf, W. Wurst, C. Kupatt. Somatic gene editing ameliorates skeletal and cardiac muscle failure in pig and human models of Duchenne muscular dystrophy. Nature Medicine, 2020; DOI: 10.1038/s41591-019-0738-2
    https://www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200127134851.htm

  8. https://www.newscientist.com/article/mg24532710-700-ancient-viruses-buried-in-our-dna-may-reawaken-and-cause-illness/#ixzz6Hjdwtcy1

  9. Epstein–Barr Virus and Cancer. Annual Review of Pathology: Mechanisms of Disease. Vol. 14:29-53 (Veröffentlichungsdatum des Bandes Januar 2019)
    https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-pathmechdis-012418-013023#_i37

  10. Alexander J. Meeske, Sandra Nakandakari-Higa, Luciano A. Marraffini. Cas13-induced cellular dormancy prevents the rise of CRISPR-resistant bacteriophage. Nature, 2019; DOI: 10.1038/s41586-019-1257-5

  11. BBC Science Focus Magazine
    https://www.sciencefocus.com/nature/loch-ness-monster-how-edna-helps-us-discover-what-lurks-beneath/

  12. Scientific American https://www.scientificamerican.com/podcast/episode/bacteria-helped-plants-evolve-to-live-on-land/

  13. Nature: doi: 10.1038/d41586-019-00511-4
    https://www.nature.com/articles/d41586-019-00511-4

  14. https://physicsworld.com/a/physics-and-dna/

  15. https://www.wired.com/story/finally-a-dna-computer-that-can-actually-be-reprogrammed/

  16. https://www.sciencemag.org/news/2017/03/dna-could-store-all-worlds-data-one-room