Krankheiten verlaufen bei jedem Menschen anders. Ein Grund dafür liegt im Erbgut. Hier erfahren Sie, welche Rolle genetische Unterschiede dabei spielen – von der Entstehung über den Verlauf bis hin zur Wirkung von Behandlungen.
Warum erkranken manche Menschen, während andere gesund bleiben? Und warum verläuft eine Krankheit bei manchen mild, bei anderen schwer?
Krankheiten haben selten nur eine Ursache. Oft wirken mehrere Faktoren zusammen. Dazu gehören der Lebensstil, das Alter und die Umwelt. Auch genetische Varianten können eine wichtige Rolle spielen, also kleine Unterschiede im Erbgut.
Die Genomforschung untersucht, welche Varianten Krankheiten beeinflussen und wie sie im Körper wirken.
Sie hilft, Fragen zu beantworten wie:
Ziel ist es zu verstehen, wie genetische Varianten Abläufe im Körper verändern und wie daraus Krankheiten entstehen oder verlaufen. Dieses Wissen trägt langfristig dazu bei, Erkrankungen früher zu erkennen und neue, gezielte Behandlungen zu entwickeln.
Warum erkranken manche Menschen, während andere gesund bleiben? Und warum verläuft eine Krankheit bei manchen mild, bei anderen schwer?
Krankheiten haben selten nur eine Ursache. Oft wirken mehrere Faktoren zusammen. Dazu gehören der Lebensstil, das Alter und die Umwelt. Auch genetische Varianten können eine wichtige Rolle spielen, also kleine Unterschiede im Erbgut.
Die Genomforschung untersucht, welche Varianten Krankheiten beeinflussen und wie sie im Körper wirken.
Sie hilft, Fragen zu beantworten wie:
Ziel ist es zu verstehen, wie genetische Varianten Abläufe im Körper verändern und wie daraus Krankheiten entstehen oder verlaufen. Dieses Wissen trägt langfristig dazu bei, Erkrankungen früher zu erkennen und neue, gezielte Behandlungen zu entwickeln.
Etwa 99,9 Prozent des Erbguts sind bei allen Menschen gleich. Der kleine Rest macht den Unterschied. Er enthält Millionen kleiner Unterschiede, sogenannte Varianten.
Viele dieser Varianten werden von den Eltern vererbt. Sie bleiben über Generationen hinweg erhalten und erklären zum Beispiel Unterschiede wie Augenfarbe oder bestimmte Eigenschaften des Stoffwechsels.
Andere Varianten entstehen im Laufe des Lebens neu, etwa durch Kopierfehler bei der Zellteilung oder durch Umwelteinflüsse.
Genetische Varianten können unterschiedlich häufig vorkommen. Manche sind selten und treten nur bei einzelnen Menschen oder Familien auf. Andere sind weit verbreitet.
Die meisten genetischen Varianten sind harmlos und haben keine spürbare Auswirkung. Einige beeinflussen jedoch Abläufe im Körper oder verändern das Risiko für Krankheiten. Manche spielen auch eine Rolle dabei, wie gut ein Medikament wirkt.
In manchen Fällen löst eine einzelne Veränderung im Erbgut eine Krankheit aus. Man spricht dann von monogenen Erkrankungen.
Die Veränderungen können zum Beispiel dazu führen, dass ein Protein nicht richtig arbeitet oder gar nicht erst gebildet wird. Da Proteine viele Aufgaben im Körper übernehmen, kann das wichtige Abläufe stören.
Das ist bei vielen Seltenen Erkrankungen der Fall. Ein bekanntes Beispiel ist Mukoviszidose. Sie wird durch Veränderungen im CFTR-Gen verursacht. Das zugehörige Protein ist für den Transport von Salz und Wasser in die Zellen verantwortlich. Arbeitet es nicht richtig, entsteht ein zäher Schleim, der vor allem die Lunge und die Verdauungsorgane belastet.
Insgesamt sind heute mehrere tausend solcher monogenen Erkrankungen bekannt. Dazu gehören auch Chorea Huntington, Sichelzellkrankheit, oder einige erbliche neurologische Erkrankungen.
Bei vielen weit verbreiteten Krankheiten ist die Ursache komplizierter. Dazu gehören zum Beispiel Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Alzheimer.
Hier spielt nicht nur ein einzelnes Gen eine Rolle. Stattdessen wirken viele genetische Varianten zusammen, die an verschiedenen Stellen im Erbgut liegen. Jede einzelne dieser Varianten hat meist nur einen kleinen Einfluss. Erst in ihrer Kombination erhöht sich das Risiko für eine Krankheit. Ein Teil dieser Varianten wird vererbt. Andere entstehen im Laufe des Lebens durch äußere Einflüsse oder Alterung. Auch der Lebensstil, etwa Ernährung oder Bewegung, sowie Infektionen können dabei eine wichtige Rolle spielen.
Um diese Zusammenhänge besser zu verstehen, betrachten Forschende daher gleichzeitig viele genetische Varianten und verschiedene Umweltfaktoren.
Genetische Varianten bestimmen nicht nur, ob wir krank werden. Sie beeinflussen auch, wie die Krankheit verläuft.
Menschen mit derselben Diagnose können sehr unterschiedliche Symptome entwickeln. Auch die Geschwindigkeit, mit der eine Krankheit fortschreitet, unterscheidet sich von Mensch zu Mensch. Ein Beispiel sind Infektionen. Hier entscheidet das Erbgut oft mit, wie gut das Immunsystem einen Erreger bekämpft. Manche genetische Varianten beeinflussen etwa, wie Abwehrzellen arbeiten oder wie stark Entzündungsreaktionen ausfallen. Das erklärt, warum manche Menschen schwer erkranken, während andere kaum Symptome zeigen.
Genetische Varianten beeinflussen auch, wie Medikamente wirken. Ein Grund dafür sind bestimmte Proteine im Körper, zum Beispiel in der Leber, die Wirkstoffe abbauen oder aktivieren. Nicht jeder Körper bildet diese in gleicher Menge. Deshalb kann ein Medikament bei manchen Menschen schneller abgebaut werden und schlechter wirken. Andere reagieren empfindlicher oder entwickeln eher Nebenwirkungen.
Um Krankheiten zu verstehen, kombinieren Forschende verschiedene Ansätze. Sie vergleichen zum Beispiel genetische Daten vieler Menschen, arbeiten an Fallstudien, untersuchen Abläufe in Zellen oder nutzen experimentelle Modelle. So entsteht Schritt für Schritt ein Gesamtbild:
Manchmal gibt es bereits Hinweise aus früheren Studien, familiären Häufungen oder biologischem Vorwissen darauf, welche Gene bei einer Krankheit eine Rolle spielen. Dann können Forschende gezielt diese Gene untersuchen. Das ist nicht nur bei monogenen Erkrankungen der Fall. Auch bei anderen Krankheiten nutzt man dieses Vorgehen, wenn bestimmte Gene schon bekannt oder verdächtig sind.
Brustkrebs tritt oft familiär gehäuft auf. Hier erfahren Sie, wie Forschende über Jahrzehnte hinweg die Gene BRCA1 und BRCA2 entdeckten und warum das heute bei der Vorsorge und Behandlung hilft.
Bei komplexen Krankheiten, die von vielen genetischen Varianten beeinflusst werden, gehen Forschende oft anders vor. Statt gezielt einzelne bekannte Gene zu untersuchen, beziehen sie häufig größere Bereiche des Erbguts ein oder betrachten es in vielen Fällen als Ganzes.
Dabei stützen sie sich auf vorhandenes Wissen, etwa aus früheren Studien oder zu biologischen Abläufen im Körper. Gleichzeitig suchen sie nach neuen, bisher unbekannten Hinweisen auf genetische Einflüsse bei Krankheiten.
Um solche Zusammenhänge zu erkennen, nutzen Forschende häufig eine Art genetischen Suchlauf über das gesamte Erbgut: die sogenannten genomweiten Assoziationsstudien (GWAS).
Dazu vergleichen Forschende das Erbgut vieler Menschen miteinander und suchen nach Mustern.
Konkret wird zum Beispiel gefragt:
Tritt eine genetische Variante in einer dieser Gruppen auffällig oft auf, ist das ein wertvoller Hinweis. Es zeigt den Forschenden eine Stelle im Erbgut, die weiter untersucht werden sollte. Solche Ergebnisse sind ein erster Schritt auf dem Weg zu einem besseren Verständnis davon, wie Krankheiten entstehen, welche Prozesse eine Rolle spielen und welche Behandlungen oder Vorsorgemaßnahmen besonders wirksam sein könnten.
Erst durch große Datenmengen aus vielen Menschen lassen sich neue biologische Zusammenhänge erkennen, die bei der Untersuchung einzelner Personen nicht sichtbar wären. Diese Daten stammen von Menschen, die ihre Gesundheits- und genetischen Informationen freiwillig für die Forschung zur Verfügung stellen.
Forschungsprojekte zu Krankheiten sind vielfältig. Manche befassen sich gezielt mit einzelnen Erkrankungen. Andere untersuchen mehrere Krankheiten gleichzeitig. Auch ihr Umfang unterscheidet sich: von kleinen Studien mit wenigen Teilnehmenden bis hin zu großen Langzeitstudien mit vielen tausend Menschen.
Ein Beispiel ist die NAKO Gesundheitsstudie. Sie ist die größte Langzeit-Bevölkerungsstudie in Deutschland. Dabei wird eine große Gruppe von Menschen über viele Jahre hinweg untersucht und befragt. Ziel ist es, Ursachen und Risikofaktoren von Volkskrankheiten besser zu verstehen, wie zum Beispiel Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs, Diabetes und Infektionskrankheiten.
Gesundheits- und genetische Daten
Die Studie sammelt umfangreiche Daten von mehr als 200.000 Menschen zwischen 20 und 69 Jahren. Dazu gehören medizinische Untersuchungen, Laborwerte und Angaben zum Lebensstil und Umfeld. Alle vier bis fünf Jahre finden wiederholte Untersuchungen statt. So können Forschende Entwicklungen über lange Zeit beobachten.
Nun wird die Studie erweitert. Dabei werden auch genetische Daten erhoben. In Kombination mit den Gesundheitsdaten lassen sich so Zusammenhänge zwischen häufigen genetischen Varianten, Gesundheit, Umwelt und Lebensstil erkennen.
Das Ziel ist es, Risikofaktoren zu erkennen und neue Ansätze für die Vorsorge zu finden. Langfristig können die Ergebnisse auch helfen, Behandlungen gezielter zu entwickeln.
Um Krankheiten umfassend zu verstehen, betrachten Forschende nicht nur das Erbgut. Sie untersuchen auch, wie der Körper diese Erbinformation nutzt.
Jeder Zelltyp liest nur einen Teil der Gene ab und stellt so genau die Proteine her, die er für seine Aufgaben braucht. Welche Gene aktiv sind, wird in der Zelle auf verschiedene Weise gesteuert.
Genetische Veränderungen, das Alter oder Umwelteinflüsse können diese Steuerung beeinflussen. So kann es passieren, dass Zellen bestimmte Proteine zu viel, zu wenig oder zum falschen Zeitpunkt herstellen. Dadurch können wichtige Prozesse im Körper gestört werden und zur Entstehung von Krankheiten beitragen.
Um solche Veränderungen zu erkennen, vergleichen Forschende verschiedene Ebenen biologischer Information zwischen gesunden Menschen und Patient*innen:
Diese Ansätze werden unter dem Begriff Omics-Forschung zusammengefasst. Sie hilft zu verstehen, wie genetische Varianten und äußere Einflüsse im Körper zusammenwirken. Besonders bei komplexen Krankheiten ist dies wichtig. Hier führt oft erst das Zusammenspiel vieler kleiner Veränderungen auf unterschiedlichen Ebenen dazu, dass eine Krankheit ausbricht.
So können Forschende besser verstehen, wie Krankheiten entstehen und verlaufen. Dieses Wissen hilft, Erkrankungen früher zu erkennen und langfristig neue Ansätze für die Vorsorge und Behandlung zu entwickeln.
Beispielsweise für Parkinson hat man bis heute 100 Gene identifiziert, die mit der Krankheit in Verbindung stehen - allerdings erklären die nur rund zehn Prozent aller Fälle. In den restlichen Fällen tritt die Krankheit sporadisch auf und scheint auf einem Zusammenspiel zwischen genetischen Veranlagungen, Alterungsprozessen und Umwelteinflüssen zu basieren. Genau an dieser Schnittstelle zwischen Umwelt und Genom sitzt die Epigenetik. Deshalb ist es aus medizinischer Sicht vielversprechend, bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson diese Ebene zu beleuchten.
Prof. Julia Schulze-Hentrich ist Biologin und Inhaberin der Professur für Genetik und Epigenetik an der Universität des Saarlandes und koordiniert das DFG-Schwerpunktprogramm SEX and GLIA zu geschlechts-spezifischen Unterschieden in Gesundheit und Erkrankungen.
Wenn Sie tiefer in das Thema eintauchen möchten, hören Sie den Podcast „Der Code des Lebens – Epigenetik: Die Programmierung unserer Zellen” mit den Biolog*innen Prof. Schulze-Hentrich und Prof. Jörn Walter.
Wenn Forschende genetische Veränderungen finden, die mit einer Krankheit zusammenhängen, zeigt das zunächst nur: Beide kommen häufiger gemeinsam vor. Das ist ein statistischer Zusammenhang. Ob diese Variante wirklich die Ursache der Krankheit ist oder ihren Verlauf beeinflusst, ist damit noch nicht bewiesen.
Um das zu klären, untersuchen Forschende die genaue Aufgabe des betroffenen Gens im Körper und was passiert, wenn es nicht mehr richtig arbeitet.
Dazu führen sie gezielte Experimente in verschiedenen Modellen durch:
In diesen Modellen können Forschende gezielt das Erbgut verändern. Dabei kommt oft die Genschere CRISPR/Cas9 zum Einsatz. Mit diesem Werkzeug lassen sich einzelne Abschnitte im Erbgut punktgenau verändern, ausschalten oder korrigieren. So können sie genetische Varianten untersuchen, die bei Patient*innen gefunden wurden.
Forschende beobachten dann genau die Folgen:
Computermodelle und Simulationen ergänzen diese Laborversuche. Forschende nutzen sie, um biologische Prozesse digital nachzubilden. So können sie beispielsweise testen, wie sich eine genetische Veränderung auf komplexe Abläufe im Körper auswirken könnte. Das hilft dabei, Experimente im Labor besser zu planen und die gewonnenen Daten leichter zu verstehen.
So lässt sich Schritt für Schritt verstehen, wie genetische Varianten Krankheiten beeinflussen. Dieses tiefe Verständnis der Auswirkung einer bestimmten Variante ist die Voraussetzung, um neue Ansätze für Diagnose und Behandlung zu ermöglichen.
Wenn Proben oder genetische Daten von Menschen in einer Studie genutzt werden sollen, prüft eine Ethikkommission das Vorhaben. Sie achtet darauf, dass die Rechte und der Schutz der Teilnehmenden gewahrt bleiben. Dazu gehört zum Beispiel, dass sie gut informiert sind und ihre Proben und Daten verantwortungsvoll genutzt werden.
Auch Tierversuche unterliegen strengen Vorgaben. Zuständige Gremien prüfen, ob sie notwendig sind oder ob es Alternativen gibt. Ziel ist es, Belastungen für die Tiere so gering wie möglich zu halten. Neue Ansätze wie Organoide und Computermodelle spielen dabei eine immer wichtigere Rolle, um Tierversuche zu ersetzen oder zu verringern.
Krankheiten zu verstehen ist ein langer Prozess. Viele einzelne Erkenntnisse werden dabei zusammengeführt: aus genetischen Daten, aus Untersuchungen in Zellen und aus Studien mit Patient*innen.
So entsteht ein immer genaueres Bild davon, wie Krankheiten entstehen und verlaufen. Dieses Wissen bildet die Grundlage für die moderne Medizin. Forschende nutzen diese Informationen zum Beispiel, um gezielte Angriffspunkte für neue Medikamente zu finden. Dies können bestimmte Proteine oder Abläufe in Zellen sein, die bei einer Krankheit verändert sind. Wenn man diese gezielt beeinflusst, lässt sich der Krankheitsverlauf oft positiv verändern.
Langfristig trägt dieses Wissen dazu bei, Diagnosen zu verbessern, Behandlungen gezielter auszuwählen und neue Therapien zu entwickeln.
Ziel ist es, die medizinische Versorgung stärker auf den einzelnen Menschen abzustimmen.
Alle Zellen unseres Körpers tragen das gleiche Erbgut, doch jede nutzt es auf ihre eigene Weise. Hier erfahren Sie, wie Forschende untersuchen, welche Gene in unterschiedlichen Zellen aktiv sind und wie sich ihre Steuerung bei Krankheiten verändert.
Menschen unterscheiden sich auf viele Weisen, auch in kleinen Teilen ihres Erbguts. Hier erfahren Sie, wie Forschende diese Unterschiede untersuchen, um die Versorgung für alle Menschen zu verbessern.
Ihre genetischen Daten können die Forschung entscheidend voranbringen – und so dazu beitragen, Diagnosen und Behandlungen für alle zu verbessern. Doch was bedeutet das Teilen für Sie und Ihre Familie?
