14.03.2024

Die Genomik als wertvoller Wissensträger des Gesundheitswesens

Mein Masterstudium der Biomedizin hat mich Vieles gelehrt, meine Spezialisierung auf Genetik und Genomik aber vor allem eines: Daten sind goldwert. Um personalisierte Medizin zu fördern, müssen die wertvollen medizinischen Informationen aus der Breite der Gesellschaft gehoben werden.

Wenn man sich einmal überlegt, dass sich die biomedizinischen Wissenschaften in 10.000 Jahren Menschheitsgeschichte erst recht spät entwickelten, dann löst es in mir nichts als Begeisterung aus, wie weit wir es in rund 120 Jahren seit der Sutton-Boveri- Chromosomentheorie und nur etwas mehr als 70 Jahren seit der Entdeckung der DNA-Doppelhelix durch die britische Forscherin Rosalind Franklin geschafft haben.

Über DNA und Genetik

Bereits Gregor Mendel, ein Augustinermönch und vielen Schüler:innen bestens vertraut durch seine Arbeit mit Erbsen, forschte in den 1860er-Jahren ohne Kenntnisse über die Nukleinsäuren an einem Aspekt der Vererbungslehre. Durch die Kreuzungsexperimente an den Erbsen stellte er seine Mendelschen Gesetze auf. Mit diesen Grundsteinen der modernen Genetik konnten in den folgenden Jahrzehnten bahnbrechende Erklärungen unter anderem für Erkrankungen und familiäre Faktoren gefunden werden. So stellte Archibald Garrod, ein britischer Arzt, 1909 einen Zusammenhang zwischen der Farbenblindheit des Vaters und seines Sohnes fest.

Es ist faszinierend, wie viele akkurate Forschungsergebnisse bereits vor 1903 auf einer (nennen wir sie) Makroebene produziert werden konnten. Mit dem Wissen, dass die Vererbung auf Grundlage der Chromosomen und – auf Mikroebene – der Gene stattfindet, erlebte das Forschungsgebiet der Genetik einen regelrechten Boom: 1969 – Erste Genisolierung, 1982 – Erstes gentechnisch hergestelltes Insulin, 2003 – Erstentschlüsselung des menschlichen Genoms, 2013 – Genome Editing durch CRISPR-Cas9.

Next Generation Sequencing und seine Folgen

Im Laufe der 1970- und 80er-Jahren legten die Erforschung der DNA-Sequenzierung und die Entwicklung der Polymerasekettenreaktion die Grundlagen für Genomik, also die Analyse des Genoms, in anderen Worten: der Gesamtheit aller Gene eines Organismus. Damit erweiterte sich die Genetik quasi um eine ganze Ebene. Springen wir in das Jahr der iPhone-Einführung, 2007, sehen wir mit sogenannten Microarrays eine DNA-Sequenzierungstechnologie, die den DNA-Output bei der Vervielfältigung um das 70-fache steigerte. Und in den vergangenen 20 Jahren entwickelten sich zahlreiche Hochdurchsatztechnologien, die die nächste Generation von DNA-Sequenzierung einleiten konnten – daher die Bezeichnung der Next Generation Sequencing (NGS). Öffentliche und private Forschung, der Wettbewerb im Markt und Kommerzialisierung dieser Technologien sorgten dafür, dass diese immer erschwinglicher werden konnten.

Und die glücklicherweise endlich in den Hintergrund getretene COVID-19-Pandemie zeigte uns mit einem Schlag, welche wichtigen Erkenntnisse der Genomik wir uns ermächtigt haben, um die Oberhand über die Ausbreitung des Virus zu gewinnen. Direkt zum Beginn der Pandemie im Frühjahr 2020 konnten Forschende das SARS-CoV2-Genom entschlüsseln auf dessen Basis neuartige mRNA-Impfstoffe in rekordverdächtiger Zeit produzieren. Und auch heute hilft uns Genomik zu verstehen, weshalb manche Menschen asymptomatische Verläufe erleben dürfen, andere hingegen leider mit schweren Verläufe umzugehen haben: Während Menschen mit zwei genetischen Kopien von HLA-B*15:01 geschützter sind, scheint eine Variante des FOXP4-Gens mit einem erhöhten Risiko für Long-Covid verbunden zu sein.

Angekommen im klinischen Alltag?

Es sind solche Beobachtungen, die uns die Macht der genomischen Forschung vor Augen führen können. Obwohl die Sequenzierung des Genoms als Einheit über das letzte Jahrzehnt schon deutlich erschwinglicher geworden ist, ist die Exomsequenzierung, also die Sequenzierung aller proteinrelevanten Teil des Genoms, im klinischen Alltag heute noch vorherrschend. Und der Fokus auf diese Exome als besonders relevante Teile des Genoms ergibt auch viel Sinn.

Gerade seltene Erkrankungen (ich berichtete hier) würden von dem Fortschreiten der personalisierten Medizin enorm profitieren. Die gezielte Untersuchung eines Exoms beziehungsweise Genoms kann in diesem Kontext wichtige Erkenntnisse liefern, welche Antworten auf genetischer Basis zu finden sind. Die NGS-Diagnostik stellt hinsichtlich der Erforschung seltener Erkrankungen einen Mehrwert für die Praxis in der Klinik dar, aber eine Untersuchung kam 2019 zu dem Schluss, dass der Genehmigungsvorbehalt der breitflächigen Anwendung im Wege gestanden hätte. Mit einer Änderung des Einheitlichen Bewertungsmaßstabs (EBM), dem GKV-Vergütungswerk, in 2016 wurde die Genommedizin in Deutschland vorangebracht – es wurden erstmals Vergütungen für genomische Diagnostik definiert –, doch international müssen Verantwortliche dafür Sorge tragen, den Anschluss nicht zu verlieren. Andernorts, beispielsweise im britischen NHS, gehört Genomik nämlich schon zur genetischen Routinediagnostik.

tl;dr – In Kürze:

  • In etwa 150 Jahren gelangten wir von der Mendelschen Vererbungslehre zur Entschlüsselung einzelner menschlicher Genome.
  • Wir wissen heute, weshalb sich Erkrankungen unterschiedlich in Menschen ausprägen und welche Rolle Genvarianten dabei spielen.
  • Die Genommedizin hat auch in Deutschland Fuß gefasst, aber es bedarf regulatorischer Anpassungen, um Genomik im klinischen Alltag weiter zu etablieren.

Autor: Nico Amiri, Assistenz der Geschäftsführung von Unboxing Healthcare

Weiterführende Informationen:

  • ARD alpha (2021) Von der DNA zu CRISPR. Abgerufen von: LINK

  • Bayer (2022) Rosalind Franklin: Die stille Heldin der DNA-Doppelhelix. Bayer. Abgerufen von: LINK

  • Abicht, A., Holinski-Feder, E., Mehnert, L., Reis, A., Zweier, C. (2019) Diagnostik seltener Erkrankungen mit „next generation sequencing“ – angekommen oder abgewehrt? medizinische genetik. Abgerufen von: LINK

  • Gießelmann, K. (2019) Genomsequenzierung: Deutschland steht im Abseits. Abgerufen von: LINK

  • Meichsner, I. (2020) Die Biochemikerin Rosalind Franklin: Wegweisend für die Entdeckung der DNA-Struktur. Deutschlandfunk. Abgerufen von: LINK

  • Topol, E. (2023) From Asymptomatic Covid to Long Covid: Major Advances in Genetic Underpinnings. Ground Truths. Abgerufen von: LINK

  • Zeter, K.E. (2021) Vererbung: Geschichte der Genetik. planet wissen. Abgerufen von: LINK

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