Gentechnik 25.06.1999, 17:22 Uhr

Wettlauf um den menschlichen Erb-Code

Seine Methode ist revolutionär – und sein Maschinenpark unübertroffen.

Er will der erste sein – und läßt demonstrativ die Muskeln spielen: J. Craig Venter, Molekularbiologe und Chef der US-Firma Celera, zeigt stolz auf den Apparatepark in seinem saalgroßen Labor. Dort arbeiten rund um die Uhr neben einem riesigen Super-Computer, der angeblich zweitschnellste der Welt, 50 sogenannte Sequenzier-Maschinen, die vollautomatisch im Erbgut (DNA) beliebiger Lebewesen die Reihenfolge der vier Grundbausteine bestimmen. Diese DNA-Daten werden dann im Super-Computer gespeichert und sollen einmal weltweit abrufbar sein – was teils kostenpflichtig ist und, wenn alles klappt, viel Geld einbringt.
Mit seiner 300-Mio.-Dollar-Investition hofft Venter, ein Pionier der Genforschung, die etablierte Konkurrenz vom amerikanischen „Human Genome Project“ (HGP) ausstechen zu können: Der ambitionierte 52jährige will die drei Milliarden Bausteine des menschlichen Erbguts bereits bis Ende 2001 sequenziert haben – vier Jahre vor dem HGP. Nachdem er sein Vorhaben letztes Jahr erstmals angekündigt hat, läßt er den Worten nun Taten folgen.
Bei dem Wettlauf steht viel auf dem Spiel: Wer das menschliche Genom zuerst analysiert hat, kann sich Patentrechte sichern. Zeitgewinn gegenüber den „staatlichen“ Forschern vom HGP – sie sind überwiegend bei der US-Gesundheitsbehörde NIH angestellt oder werden von dieser finanziert – verspricht sich Venter insbesondere von einer neuartigen und vereinfachten Vorgehensweise.
Seine HGP-Widersacher arbeiten nach der herkömmlichen Methode: Sie nehmen sich nicht das gesamte Genom – das beim Menschen aus 23 Chromosomen-Paaren besteht – auf einmal vor, sondern jeweils nur ein einzelnes Chromosom. Jedes dieser langkettigen Moleküle besteht aus knapp 100 Millionen „genetischen Buchstaben“ (Nukleotiden). Eine so lange DNA-Kette aber können die Sequenzier-Maschinen nicht verarbeiten – sie werden nur mit kurzen Abschnitten von bis zu 600 Buchstaben fertig. Deshalb unterteilen die HGP-Forscher das Chromosom zunächst in für die Maschinen „verdauliche“ DNA-Happen. Die Fragmente werden dabei so gewählt, daß sie sich teilweise überlappen. Das ist möglich, weil gleichzeitig viele identische Kopien des Chromosoms „in Arbeit“ sind. Im zweiten Schritt ermitteln die HGP-Forscher, wo auf dem Chromosom diese DNA-Abschnitte jeweils sitzen dabei entsteht eine Art Landkarte des Chromsoms. Im dritten Schritt fügen sie die analysierten „Schnipsel“ gleichsam wieder zur langen Ursprungskette zusammen – eine gigantische Puzzlearbeit. Wichtige Hinweise geben dabei die sich überlappenden Teile der Fragmente, die die „Anschlußstellen“ zeigen, sowie die „Kartierung“ des Chromosoms aus Schritt zwei.
Venter indes, der sich schon immer gern als „biochemischer Außenseiter“ verstand, hält diese Methode für „uneffektiv“. Er favorisiert das von ihm entwickelte „Schrotschuß-Konzept“. Dabei nimmt er nicht ein einzelnes Chromosom ins Visier, sondern das gesamte Genom. Es wird wie bei der herkömmlichen Methode in viele kurze, sich überlappende DNA-Bruchstücke zerteilt – der „Schrotschuß“. Doch die mühselige und zeitaufwendige Kartierung der Abschnitte (Schritt zwei bei den HGP-Forschern) läßt Venter einfach aus. Dafür setzt er auf geballte Rechen-Power: Sein Super-Computer ermittelt allein anhand der Überlappungen, welche Bruchstücke zusammengehören. Dabei helfen einige „clevere Tricks“, die Venter mit seinem Kollegen Hamilton O. Smith – einem Nobelpreisträger für Medizin – ersonnen hat.
Wissenschaftliche Glaubwürdigkeit verschaffte sich Venter 1995 durch eine gemeinsam mit Smith veröffentlichte Arbeit: Die beiden sequenzierten als erste mit der Schrotschuß-Methode das komplette Genom einer Bakterie und lösten damit einen wahren Forschungsschub aus.
Auch ökonomisch wußte Venter zu überzeugen: Er sammelte bislang 500 Mio. Dollar an Venture-Capital ein. Doch Kritiker bemängeln, daß ein Bakterien-Genom lediglich aus rund 1,8 Millionen DNA-Buchstaben besteht und damit im Vergleich zum menschlichen Erbgut winzig klein ist. Zweifelhaft bleibe, ob die Schrotschuß-Methode auch bei komplizierteren Organismen noch funktioniert. Ein grundsätzliches Problem besteht darin, daß sich etwa im menschlichen Genom in vielen Regionen immer wieder gleiche DNA-Abschnitte befinden. Dies könnte den Computer bei der Zuordnung verwirren – und zwar um so stärker, je mehr Verwechslungsmöglichkeiten bestehen. Derzeit machen Venter und Kollegen mit dem Genom der Fruchtfliege – es hat rund 160 Millionen Nukleotide – die Probe aufs Exempel: „Wenn wir damit Erfolg haben, verändern wir die Welt.“ Danach geht das Team ans menschliche Genom.
Der Wettstreit mit dem HGP entwickelt sich unterdessen immer mehr zur Materialschlacht. Venter hat 300 Sequenzier-Maschinen zum Stückpreis von 300 000 Dollar bestellt – und verfügt bei Lieferung über 100 mehr als die HGP-Konkurrenz. Damit wird er pro Tag 140 Mio. DNA-Bausteine sequenzieren können – mehr als irgendwer sonst auf der Welt.
Seine Maschinen stammen ebenso wie die des HGP vom Marktführer, der US-Firma PE Biosystems in San Francisco. Die aber gehört zum selben Mutter-Konzern – PE Corporation – wie Venters Firma Celera. Venter beliefert also indirekt seine Konkurrenten – eine willkommene Machtstellung.
Auch in anderen Bereichen herrscht ein Ungleichgewicht der Kräfte: Während das HGP sämtliche Zwischenresultate bei der Sequenzierung des menschlichen Genoms öffentlich verfügbar macht – eine Quelle, aus der auch Venter gern schöpft -, will er seine Ergebnisse teilweise zurückhalten: 20 Millionen der drei Milliarden Erbbausteine sind variabel oder polymorph, wie Genetiker sagen. Der große Rest ist bei allen Menschen identisch. Die variablen Bestandteile aber sind die interessantesten, bestimmen doch allein sie die Unterschiede zwischen den Menschen – gerade auch bezüglich Krankheiten und Anfälligkeiten. Deshalb sind diese Daten für die Pharma-Industrie Gold wert – was diese entsprechend honoriert. Um in den Genuß dieses Geldsegens zu kommen, will Venter nur die „festen“ von ihm ermittelten Gen-Sequenzen frei verfügbar machen, für die variablen aber fordert er saftige Gebühren.
Trotz aller Unkenrufe und Methodenkritik gibt sich Venter siegesgewiß. In naher Zukunft will er die Genome von fünf „wissenschaftlich bedeutsamen Spezies“ sequenzieren: Außer Fruchtfliegen und Menschen stehen Mäuse, Reis und Senfkörner auf dem Plan. Deren Gen-Informationen sollen den Grundstock von Venters Datenbank bilden. Innerhalb der nächsten zehn Jahre will er sich über tausend weitere Arten vornehmen, darunter Affen und die für die Lebensmittel-Industrie bedeutsamen Rinder. Am Ende, so seine Vision, liefert sein Computer „Genome mit Anmerkungen“: Jedes Gen – dargestellt als DNA-Sequenz – erzählt, wozu es gut ist.
CLAUS-PETER SESIN
Das gesamte menschliche Erbgut soll schon bald vollständig entschlüsselt sein. Der amerikanische Gen-Pionier J. Craig Venter hat bei diesem Wettrennen derzeit die Nase vorn.

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