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46 Chromosomen, 20.000 Gene – und trotzdem gleicht kein Mensch dem anderen

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Zwei gleiche Mahlzeiten auf zwei dunklen Tellern nebeneinander

2022 wurde zum ersten Mal ein menschliches Erbgut fast lückenlos gelesen. Seither rückt neben dem, was alle Menschen teilen, auch das in den Blick, was sie unterscheidet. Bis auf den Teller.

Von der Redaktion mybody x (MYBODY Lab GmbH) · Format „Die Zahl“ · Rubrik DNA

Zwei Zahlen teilt jeder Mensch mit jedem anderen. Die erste ist 46: So viele Chromosomen enthält eine menschliche Zelle normalerweise, geordnet in 23 Paaren (MedlinePlus Genetics, 2021).1 Chromosomen sind die dicht aufgewickelten Fäden, auf denen das Erbgut liegt. Die zweite Zahl ist knapp 20.000. So viele Gene mit einer Bauanleitung für ein Eiweiß hat der Mensch nach heutiger Schätzung, genauer gesagt weniger als 20.000 (Amaral u. a., Nature, 2023).2 Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA, den die Zelle abliest, um etwas herzustellen.

Aus diesen beiden Zahlen lässt sich ein bequemer Schluss ziehen. Wenn der Bauplan bei allen gleich groß und gleich gegliedert ist, müsste derselbe Rat auch bei allen wirken. Gleiche Kalorien, gleiche Mahlzeit, gleiches Ergebnis. Im Englischen hat dieser Gedanke einen griffigen Namen: One size fits all, eine Größe passt allen.

Dieses Stück nimmt den Gedanken auseinander. Wer nur die Zahlen sucht, findet sie mit allen Einzelheiten in unseren Artikeln Wie viele Chromosomen hat der Mensch und Wie viele Gene hat der Mensch. Hier geht es um die Geschichte dahinter und um eine Frage, die du vielleicht aus eigener Erfahrung kennst: Warum bringt eine Ernährung, die bei der Freundin funktioniert hat, bei mir nichts?

Was wurde 2022 am menschlichen Erbgut fertig?

2022 legte ein Forschungsverbund die erste fast vollständige Sequenz eines menschlichen Genoms vor: 3,055 Milliarden Basenpaare, lückenlos auf allen Chromosomen außer dem Y (Nurk u. a., Science, 2022).3 Es ist allerdings ein einziges Genom.

Ein Basenpaar ist der kleinste Baustein der DNA, eine Sprosse in der Strickleiter der Doppelhelix. Gelesen war das Erbgut schon früher. Die 2004 als fertig gemeldete Fassung umfasste 2,85 Milliarden Bausteine, unterbrochen von 341 Lücken (International Human Genome Sequencing Consortium, Nature, 2004).4 Offen blieben wichtige Abschnitte, das sogenannte Heterochromatin (Nurk u. a., 2022).3

Diese restlichen 8 Prozent schloss erst das Telomere-to-Telomere-Konsortium im Jahr 2022. Dabei kamen fast 200 Millionen Basenpaare hinzu, mit 1.956 vorhergesagten Genen, von denen 99 voraussichtlich eine Bauanleitung für ein Eiweiß tragen (Nurk u. a., 2022).3 Die Gesamtzahl der Gene ist über die Jahre trotzdem nicht gewachsen. Schon 2004 schrieb das internationale Konsortium, das menschliche Genom scheine nur 20.000 bis 25.000 solcher Gene zu enthalten.4 Heute liegt die Schätzung unter 20.000 (Amaral u. a., 2023).2

Bleibt ein Haken, und er ist für dieses Stück der wichtigste. Das Referenzgenom, mit dem Labore ein Erbgut vergleichen, ist eine Art Normalmaß. Ein Normalmaß ist aber kein Mensch. 2023 stellte das Human Pangenome Reference Consortium deshalb einen ersten Entwurf vor, der die Genome von 47 genetisch unterschiedlichen Menschen zusammenführt, ein sogenanntes Pangenom (Liao u. a., Nature, 2023).5

Dazu kommt: Das bisherige Referenzgenom stammt nicht von einem einzelnen Menschen, es ist aus dem Erbgut mehrerer Menschen zusammengesetzt (NHGRI, 2023).6 Es beschreibt also niemanden ganz genau. Wer das eigene Erbgut mit dieser Vorlage vergleicht, findet deshalb immer Abweichungen. Das ist kein Alarmzeichen, sondern der Normalfall.

Gegenüber dem bisherigen Referenzgenom kamen dadurch 119 Millionen Basenpaare hinzu, die von Mensch zu Mensch verschieden sind, außerdem 1.115 Genverdopplungen. Rund 90 Millionen dieser Basenpaare stammen aus Strukturvarianten (Liao u. a., 2023).5 So heißen Unterschiede, die ganze Abschnitte ab 50 Bausteinen betreffen (NHGRI, 2023).6 Die Zahl 46 bleibt. Was auf den 46 Fäden steht, ist bei jedem anders.

Das Erbgut in Zahlen
46Chromosomen je Zelle, 23 Paare (MedlinePlus Genetics, 2021)1
<20.000Gene mit Bauanleitung für ein Eiweiß, Schätzung (Amaral u. a., 2023)2
3,055Milliarden Basenpaare im fast lückenlos gelesenen Genom (Nurk u. a., 2022)3
99,6 %gleich zwischen zwei Menschen, im Mittel (NHGRI, 2023)6
~5 Mio.Einzelbaustein-Varianten je Mensch gegenüber dem Referenzgenom (NHGRI, 2023)6

Wie verschieden sind zwei Menschen genetisch?

Im Mittel sind die Genome zweier Menschen zu etwa 99,6 Prozent gleich und zu etwa 0,4 Prozent verschieden (NHGRI, 2023).6 Die oft zitierten 99,9 Prozent sind eine Vereinfachung.

Die 99,9 Prozent beruhen darauf, dass sich zwei Genome im Durchschnitt etwa an jedem 1.300. Baustein in einem einzelnen Buchstaben unterscheiden. Das National Human Genome Research Institute der USA, kurz NHGRI, nennt diese Zahl selbst eine Vereinfachung, weil sie größere Unterschiede nicht mitzählt (NHGRI, 2023).6

In absoluten Zahlen sieht der kleine Rest groß aus. Gegenüber dem Referenzgenom trägt ein Mensch nach Schätzung des NHGRI im Mittel etwa 5 Millionen Einzelbaustein-Varianten, etwa 600.000 kurze Einschübe oder Lücken und etwa 25.000 Strukturvarianten (NHGRI, 2023).6 Kommt eine Einzelbaustein-Variante bei mindestens einem Prozent der Menschen vor, heißt sie SNP, gesprochen „Snip“.6

Über die ganze Menschheit gesehen wird die Vielfalt noch größer. Das 1000-Genome-Projekt rekonstruierte die Genome von 2.504 Menschen aus 26 Bevölkerungen und fand zusammen über 88 Millionen Varianten (1000 Genomes Project Consortium, Nature, 2015).7 Welche Arten von Unterschieden es gibt, ordnet unser Artikel Genetische Unterschiede zwischen Menschen ein.

Wichtig für alles, was folgt: Die meisten dieser Varianten verändern nach heutigem Wissen nichts an der Arbeit des Erbguts, nur ein kleiner Teil hat eine Wirkung (NHGRI, 2023).6 Vielfalt im Erbgut heißt also nicht, dass jede Variante etwas bedeutet.

Warum wirkt dieselbe Mahlzeit bei zwei Menschen verschieden?

Menschen reagieren auf identische Mahlzeiten messbar unterschiedlich. Das zeigten zwei große Studien, 2015 mit 800 und 2020 mit 1.002 Teilnehmenden (Zeevi u. a., Cell, 2015; Berry u. a., Nature Medicine, 2020).8, 9

Die erste Studie maß bei 800 Menschen eine Woche lang durchgehend den Blutzucker und wertete die Antworten auf 46.898 Mahlzeiten aus (Zeevi u. a., 2015).8 Das Ergebnis passte nicht zur Idee eines Rats für alle. Auf identische Mahlzeiten reagierten die Teilnehmenden sehr verschieden, und die Autorinnen und Autoren zogen daraus einen deutlichen Schluss.

„Wir fanden eine hohe Variabilität in der Antwort auf identische Mahlzeiten, was nahelegt, dass allgemeine Ernährungsempfehlungen nur begrenzt nützen könnten.“

Zeevi u. a., Cell, 2015 · aus dem Englischen übersetzt und gekürzt8

Wovon die Unterschiede abhingen, ließ sich zum Teil vorhersagen. Die Forschenden speisten ein Rechenmodell mit Blutwerten, Essgewohnheiten, Körpermaßen, Bewegung und Angaben zur Darmflora. Das Modell sagte die Blutzuckerantwort auf echte Mahlzeiten voraus, und an 100 weiteren Personen bestätigte sich das (Zeevi u. a., 2015).8 Die Gene standen übrigens nicht auf der Liste der Eingangsgrößen.

Die zweite Studie, PREDICT 1, ging 2020 einen Schritt weiter. Sie nahm 1.002 gesunde Erwachsene in Großbritannien auf, Zwillinge und nicht verwandte Menschen, und maß nach identischen Mahlzeiten die Blutfette, den Blutzucker und das Insulin, in der Klinik und zu Hause (Berry u. a., Nature Medicine, 2020).9 Die Unterschiede zwischen den Menschen waren groß. Bei den Blutfetten, den Triglyceriden, lag die typische Abweichung vom Durchschnitt bei 103 Prozent des Mittelwerts. Beim Blutzucker waren es 68 Prozent, beim Insulin 59 Prozent.9 Bestätigt wurden die Befunde in einer zweiten Gruppe von 100 Menschen in den USA.

Ein vereinfachtes Bild für den Alltag: Zwei Menschen essen mittags dasselbe Brot mit demselben Belag. Bei der einen steigt der Blutzucker danach deutlich, beim anderen weniger. Keiner von beiden macht etwas falsch. Dieselbe Mahlzeit trifft einfach auf zwei verschiedene Stoffwechsel, und ein Rat, der nur die Mahlzeit kennt, kennt die Hälfte der Geschichte.

Welchen Anteil haben die Gene an den Unterschieden?

Einen kleineren, als der Mythos vermuten lässt. In PREDICT 1 trugen Genvarianten 9,5 Prozent zur Vorhersage der Blutzuckerantwort bei, bei den Blutfetten 0,8 Prozent (Berry u. a., 2020).9

Die Studie selbst nennt den Einfluss der Genvarianten bescheiden. Andere Faktoren wogen bei manchen Messwerten schwerer. Bei den Blutfetten trug die Darmflora 7,1 Prozent zur Vorhersage bei, die Zusammensetzung der Mahlzeit nur 3,6 Prozent. Beim Blutzucker war es umgekehrt: Dort lag die Mahlzeit mit 15,4 Prozent vor der Darmflora mit 6,0 Prozent (Berry u. a., 2020).9

Was bedeuten die 9,5 Prozent aus PREDICT 1 (Berry u. a., 2020)?9 Nach den Angaben der Studie lag der Anteil der Genvarianten an der Vorhersage der Blutzuckerantwort bei knapp einem Zehntel. Gene spielen also mit. Den Takt geben sie nach diesen Daten nicht allein vor.

An dieser Stelle fällt der Mythos zweimal. „One size fits all“ hält nicht, weil Menschen auf dieselbe Mahlzeit verschieden antworten. Das Gegenbild hält aber genauso wenig, nämlich die Vorstellung, die Gene allein legten fest, was zu wem passt. Sie sind ein Teil der Antwort, neben der Mahlzeit selbst und der Darmflora. Warum dieselbe Anlage bei zwei Menschen Verschiedenes bewirken kann, erzählt unser Artikel Genotyp und Phänotyp.

Es gibt allerdings Fälle, in denen eine einzelne Variante viel erklärt. Das bekannteste Beispiel aus der Ernährung ist der Milchzucker. Bei Erwachsenen geht die Aktivität des Enzyms Laktase in den Darmzellen nach dem Abstillen häufig auf natürliche Weise zurück (Enattah u. a., 2002).10 2002 fand eine Forschungsgruppe eine DNA-Variante namens C/T-13910, rund 14 Kilobasen (also 14.000 Bausteine) vor dem Laktase-Gen. Bei 236 Personen aus vier Bevölkerungen hing sie vollständig mit dem nachlassenden Enzym zusammen (Enattah u. a., Nature Genetics, 2002).10

Weil die Variante in entfernt verwandten Bevölkerungen vorkommt, gilt sie als sehr alt.10 Auch hier beschreibt die Variante eine Anlage. Ob du Milch im Alltag verträgst, ist eine Frage, die du mit deinem Bauch und bei Beschwerden mit deiner Ärztin oder deinem Arzt klärst.

Die Forschung zur Erblichkeit fasst das allgemeiner. Die meisten komplexen Merkmale des Menschen liegen nach der US-amerikanischen National Library of Medicine irgendwo in der Mitte: Ihre Unterschiede gehen auf Gene und Umwelt gemeinsam zurück (MedlinePlus Genetics, 2021).11 Und wie erblich ein Merkmal ist, sagt nichts darüber, wie leicht oder schwer es sich verändern lässt.11

Was heißt das für Ernährungsempfehlungen auf Grundlage der Gene? Hier gehört die Studienlage offen auf den Tisch, und die Deutsche Gesellschaft für Ernährung hat sich dazu geäußert. Ein Positionspapier der DGE hielt 2022 fest, dass Belege für den Erfolg genbasierter Ernährungsempfehlungen noch weitgehend fehlen (sinngemäß nach Holzapfel u. a., 2022).12 Eine Analyse der eigenen Gene ist deshalb ein Datenpunkt, der dir hilft, deinen Körper besser einzuordnen. Ein fertiger Plan, der jede Frage beantwortet, ist sie nicht.

Was die Zahlen nicht sagen
  • Die Zahl der Gene sagt nichts über Gesundheit oder Begabung eines Menschen.
  • Eine Genvariante beschreibt eine Wahrscheinlichkeit in Bevölkerungsgruppen, keine Festlegung für dich.
  • PREDICT 1 untersuchte gesunde Erwachsene. Aussagen über Erkrankungen lassen sich daraus nicht ableiten.
  • Ein DNA-Test stellt keine Diagnose und ersetzt kein Gespräch mit einer Ärztin oder einem Arzt.

Drei Leserfragen

Warum ist jeder Mensch anders, obwohl alle 46 Chromosomen haben?

Weil die Abfolge der Bausteine auf den Chromosomen von Mensch zu Mensch leicht abweicht. Im Mittel trägt jeder Mensch gegenüber dem Referenzgenom etwa 5 Millionen Einzelbaustein-Varianten (NHGRI, 2023).6 Die meisten davon haben keine Wirkung, ein kleiner Teil schon.

Haben eineiige Zwillinge dieselbe DNA?

Fast. Eineiige Zwillinge haben kaum Unterschiede in ihrer DNA, zweieiige teilen im Mittel 50 Prozent ihrer DNA (MedlinePlus Genetics, 2021).11

Warum wirkt dieselbe Diät nicht bei jedem?

Weil Menschen auf dieselben Mahlzeiten verschieden reagieren. In einer Studie mit 800 Teilnehmenden schwankte die Blutzuckerantwort auf identische Mahlzeiten stark (Zeevi u. a., 2015).8 Gene tragen davon nur einen Teil bei; in PREDICT 1 machten Genvarianten beim Blutzucker 9,5 Prozent der Vorhersage aus (Berry u. a., 2020).9

Zwei Zahlen teilen alle Menschen, 46 und knapp 20.000. Was uns unterscheidet, steht zwischen den Buchstaben. Am Esstisch zeigt es sich jeden Tag.

Quellen
  1. MedlinePlus Genetics, National Library of Medicine: How many chromosomes do people have? 2021. medlineplus.gov
  2. Amaral P. u. a.: The status of the human gene catalogue. Nature 622, 41–47, 2023. doi.org/10.1038/s41586-023-06490-x
  3. Nurk S. u. a.: The complete sequence of a human genome. Science 376, 44–53, 2022. doi.org/10.1126/science.abj6987
  4. International Human Genome Sequencing Consortium: Finishing the euchromatic sequence of the human genome. Nature 431, 931–945, 2004. doi.org/10.1038/nature03001
  5. Liao W.-W. u. a.: A draft human pangenome reference. Nature 617, 312–324, 2023. doi.org/10.1038/s41586-023-05896-x
  6. National Human Genome Research Institute: Human Genomic Variation, Fact Sheet, 2023. genome.gov
  7. 1000 Genomes Project Consortium: A global reference for human genetic variation. Nature 526, 68–74, 2015. doi.org/10.1038/nature15393
  8. Zeevi D. u. a.: Personalized Nutrition by Prediction of Glycemic Responses. Cell 163, 1079–1094, 2015. doi.org/10.1016/j.cell.2015.11.001
  9. Berry S. E. u. a.: Human postprandial responses to food and potential for precision nutrition. Nature Medicine 26, 964–973, 2020. doi.org/10.1038/s41591-020-0934-0
  10. Enattah N. S. u. a.: Identification of a variant associated with adult-type hypolactasia. Nature Genetics 30, 233–237, 2002. doi.org/10.1038/ng826
  11. MedlinePlus Genetics, National Library of Medicine: What is heritability? 2021. medlineplus.gov
  12. Holzapfel C. u. a.: Genetics and Epigenetics in Personalized Nutrition: Evidence, Expectations, and Experiences. Molecular Nutrition & Food Research, 2022. doi.org/10.1002/mnfr.202200077

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