In jeder einzelnen der rund 100 Billionen Zellen unseres Kör­pers steht mit der DNA der menschliche Bauplan geschrieben. Grundlage dieses Bauplans sind unsere Gene: Sie bestimmen mit über unser Aussehen, unseren Stoffwechsel oder auch die Art und Weise, wie der Körper auf Umweltfaktoren reagiert. Und sie bestimmen mit über unsere Gesundheit. „Man könnte sagen, jeder Mensch hat vom Schicksal einen Satz Karten aus­ geteilt bekommen“, sagt Thomas Braun vom Deutschen Zent­rum für Lungenforschung (DZL), Direktor des Max-­Planck-­Insti­tuts für Herz­ und Lungenforschung. „Je nach Kombination der Karten hat man ein eher gutes oder ein eher schlechtes Blatt.“

Das Blatt steht für unser Erbgut: Indem sich die Erbanlagen von Mutter und Vater verbinden, entsteht ein eigenes Profil. Und durch Varianten dieser Gene, sogenannte Mutationen, steigt das Risiko für Erkrankungen. Diese können durch eine Mutation in nur einem Gen verursacht werden. Das ist in der Regel bei Erb­krankheiten der Fall. Oder durch Veränderungen in verschie­denen Genen, zum Beispiel bei Volkskrankheiten wie Diabetes, Krebs, Demenz oder Herz-­Kreislauf­-Erkrankungen. „Die Wahrscheinlichkeit, von einer Volkskrankheit betroffen zu sein, er­höht sich also erst, wenn verschiedene Gene, die verändert sind, in Kombination auftreten“, erklärt Thomas Braun. Die Summe all unserer Gene – das Genom – definiert uns als Individuum. Wie bestimmte Gene mit Erkrankungen verknüpft sind, wird zum Beispiel mit genomweiten Assoziationsstudien erforscht: Dabei identifiziert man die jeweilige Variation des Genoms und erkun­det, wie sie mit einer Krankheit verbunden ist.

Um Krankheiten behandeln zu können oder ihnen vorzubeugen, muss man sie möglichst genau verstehen, ihre Ursachen und Entstehungsmuster entschlüsseln. Das Deutsche Zentrum für Diabetesforschung (DZD) identi­fiziert zum Beispiel mithilfe von sogenannten Knockouts Gene, die bei der Entstehung von Diabetes mitwirken: Dabei werden bei Mäusen gezielt einzelne Gene ausgeschaltet. DZD-­Forscherinnen und ­-Forscher untersuchen dann die Stoffwechselprozesse an diesen Modellen – und erkunden, ob das fehlen­de Gen an wichtigen Prozessen beteiligt ist.

In dem DZD­-Projekt wurden knapp 1.000 Gene identifiziert, bei denen es sich auf den Zucker­- und Fettstoffwechsel auswirkt, wenn sie feh­len. Sie könnten zum Beispiel als Biomarker dafür eingesetzt werden, das individuelle Risiko für eine Erkrankung vorherzusagen – oder für deren Diagnostik.

„Für mehr als ein Drittel der Gene war zuvor keine Verbindung zum Stoffwechsel bekannt“, sagt DZD-­Vorstand Prof. Dr. Martin Hrabé de Angelis. Die Funktion von 51 der gefundenen Stoffwechselgene war bisher sogar völlig unbekannt. Der Abgleich mit dem menschlichen Genom hat gezeigt, dass 23 Gene offenbar eine Rolle bei Diabeteserkrankungen spielen.

Das Blatt, mit dem wir unser Leben „spielen müssen“, mag von Geburt an feststehen. Aber einzelne Mutationen können im Laufe des Lebens aktiviert werden, wenn beispielsweise Umweltbedingungen die genetischen Informationen verstärken. Die Summe aller aktivierten Gene wird Transkriptom genannt. Wenn der Körper eine Virusinfektion durchmacht, dann entscheidet das Profil der betroffenen Zelle darüber, wie sich sein Transkriptom durch die Infektion verändert. Am DZL wird beispielsweise untersucht, wie sich Lungenzellen transkriptionell verändern, nachdem sie mit dem Influenza­-Virus infiziert wur­den: „Wir können sehr fein aufgelöst auf dem Niveau einzel­ner Zellen untersuchen. Und daraus ergeben sich völlig neue Möglichkeiten, ganz gezielt auf solche Zellen zuzugreifen und sie therapeutisch zu beeinflussen.“ Die Forschung wird also komplexer und aufwendiger – aber vor allem eröffnet sie neue Chancen in der Behandlung.

Grundlage dafür war das Humangenomprojekt, das 1990 als internationales Forschungsvorhaben startete und 2001 sein Ziel erreichte: die vollständige Entschlüsselung des menschlichen Genoms. Dabei wurde durch Sequenzieren identifiziert, wie die Basenpaare der menschlichen DNA auf ihren einzelnen
Chromosomen aufeinander folgen. Diese Sequenzierung ist das wohl wichtigste Werk­zeug, um das Genom zu erforschen. Und dank des schnellen technologischen Fort­schritts ist es in den vergangenen Jahren wesentlich leistungsfähiger und gleichzeitig kostengünstiger geworden. So können heute umfassendere Analysen sehr viel schneller durchgeführt werden: „Früher haben wir bei der Untersuchung der Lunge das Transkrip­tom der Gesamtheit der Zellen untersucht. Heute schauen wir die Transkriptome von 50.000 individuellen Zellen an“, so Thomas Braun.

Je mehr Daten gewonnen werden können, desto größer ist der Bedarf, sie auszuwerten und zu nutzen. Das gelingt durch Bioinfor­matik: Vertreterinnen und Vertreter dieses Fachs sind in der Forschung derzeit sehr ge­fragt. „Wissenschaftliche Erkenntnisse sind immer Teamerfolge, sie können nur erreicht werden, wenn sich die Expertise verschiede­ner Disziplinen ergänzt“, bekräftigt Thomas Braun. Die Deutschen Zentren der Gesund­heitsforschung können das außergewöhnlich gut leisten, verbinden sie doch das Know­-how aus Forschung und Klinik.

Thomas Braun rechnet für die kommenden Jahre mit weiteren, großen Fortschritten in der präzisen Medizin. „Dann wird jeder Tumor sequenziert werden, um ihn genau zu charakterisieren und entsprechend besser zu behandeln“, erklärt er.  Bei Infek­tionskrankheiten können die Erreger sequenziert werden – dadurch werden zum Beispiel schneller Resistenzen sichtbar und eine wirksame Antibiotikatherapie möglich.

Dabei ist es nicht immer so, dass die Zahl der Therapieoptio­nen wächst, je mehr Diagnostik möglich ist. Denn selbst wenn Gene, die eine Krankheit auslösen, genau analysiert und identifiziert werden, kann man sie in der Regel nicht gezielt be­handeln: „Wenn man beispielsweise ausschließlich Tumorzellen ansteuern könnte, dann hätten wir Krebs schon längst geheilt“, sagt Braun. Er ist aber optimistisch, dass die Forschung hier in absehbarer Zeit Durchbrüche erzielen wird: „Ich sehe enorme Entwicklungsmöglichkeiten, wenn es darum geht, simultan verschiedene Gene zu manipulieren und das auch zeitlich begrenzt.“ Eine Option, die es bereits heute gibt, ist CRISPR/Cas: Diese „Gen­-Schere“ kann DNA gezielt schneiden und verän­dern. Sie wird zum Beispiel bei Immunzellen eingesetzt.