Nicht-codierende DNA: Mehr als „Schrott und Müll“?

Nur ein Bruchteil des Erbguts erzeugt Proteine, der Rest besteht aus nicht-codierenden Bereichen. Wie viel davon ist „DNA-Schrott“? Einblicke in eine hitzige Kontroverse.

30. April 2026

Anteil der nicht-codierenden DNA

Weniger als 2 Prozent des menschlichen Erbguts enthalten den Code, der für die Herstellung von Proteinen benötigt wird. Ein kleiner Teil enthält auch den Code für RNA-Moleküle oder ist wichtig für die Regulation.

Doch was ist mit den übrigen 90 Prozent des Genoms? Erfüllen diese Bereiche irgendeine Funktion?

Um diese Frage ist ein bitterer Streit entbrannt. Eine Studie aus dem Jahr 2012 fand Hinweise, dass das Erbgut fast vollständig in RNA umgeschrieben wird. Einige Forscher sehen dies als einen Beleg, dass die meisten DNA-Sequenzen auch eine Funktion erfüllen1.

Es gibt jedoch auch eine andere Theorie: Demnach haben sich nutzlose Sequenzen im Laufe der Evolution nur deshalb angesammelt, weil die Zellen sie nicht wirksam entsorgen konnten2. Daher die Bezeichnung „DNA-Schrott‟ – oder auf Englisch junk DNA.

Inhalte

• 1. Unterschiede
• 2. Funktion
• 3. Aktivität
• 4. neue RNA-Gene
• 5. Kritik an ENCODE
• 6. Alles junk?
• 7. Entwicklung
• 8. Evolution

 

1. Was unterscheidet nicht-codierende Sequenzen von junk DNA?

Die Begriffe „nicht-codierend“ und „junk DNA“ können sich auf die gleichen Sequenzen beziehen, sind aber auf keinen Fall gleichbedeutend.

Nicht-codierend bedeutet, dass diese Bereiche nicht direkt zur Herstellung von Proteinen beitragen. Genauer gesagt enthalten sie nicht den genetischen Code, der die Abfolge der Aminosäuren in einem Protein bestimmt. Gut 98 Prozent des menschlichen Erbguts bestehen aus nicht-codierenden Sequenzen.

Der Begriff junk DNA hingegen unterstellt, dass diese DNA-Bereiche keine Funktion haben. Sie könnten demzufolge aus dem Erbgut entfernt werden, ohne das Überleben der Art oder des Individuums zu gefährden. Je nach Standpunkt zählen bis zu 90 Prozent des Genoms zur junk DNA.

Junk DNA ist also immer eine nicht-codierende Sequenz. Aber nicht jede nicht-codierende Sequenz zählt als junk DNA, da sie jenseits der Protein-Herstellung weitere Funktionen übernehmen kann.

2. Welche bekannten Funktionen haben nicht-codierende Bereiche?

Viele nicht-codierende Bereiche leisten einen wesentlichen und unverzichtbaren Beitrag zum Wachstum und Überleben aller Lebensformen. Diese Einsicht existierte bereits lange vor der Entzifferung des menschlichen Erbguts. Wichtige Funktionen erfüllen vor allem:

• Gene für RNA-Moleküle, die zentrale Aufgaben bei der Protein-Herstellung übernehmen. Dazu zählen die ribosomale RNA, die Transfer-RNA und der RNA-Anteil des Spliceosoms.
• Kleine RNA-Gene, die eine wichtige Rolle bei der Steuerung von Zellwachstum und Stoffwechsel spielen. Dazu zählen microRNAs, siRNAs und piRNAs.
• Genetische Steuerelemente, die die Aktivität von Genen beeinflussen. Dazu zählen Promoter und Enhancer.
• Abschnitte im Erbgut, die für die Struktur und den Erhalt von Chromosomen zuständig sind (zum Beispiel Centromere und Telomere).
• Kurze Sequenzen an beiden Enden der „Introns‟, die häufig die codierenden Bereiche oder „Exons‟ der Protein-Gene unterbrechen. Diese Sequenzen steuern den Spleißvorgang und sind somit unentbehrlich für den korrekten Zusammenbau eines Proteins.

Rolle der nicht-codierenden DNA

3. Sind bis zu 80 Prozent des Erbguts aktiv?

Im Jahr 2012 veröffentlichte das ENCODE-Forscherkonsortium eine Studie, die für anhaltende Diskussionen sorgte. Bei der umfassenden Analyse des menschlichen Erbguts fanden die Forscher Hinweise, dass ein Großteil der nicht-codierenden Sequenzen aktiv ist. Bis zu 80 Prozent sollten demnach für die Produktion von RNA oder als Bindungsstellen für Proteine dienen.

Kontrovers daran war vor allem, dass ENCODE die messbare genetische Aktivität mit einer biochemischen Funktion gleichsetzte. Mit anderen Worten: Nur weil die verwendeten Analysemethoden ein Ergebnis lieferten, sollten die beteiligten Sequenzen auch das Überleben der Zellen unterstützen. Der Begriff „Funktion” wurde damit sehr weit ausgedehnt, was auch sofort heftigen Widerspruch auslöste (siehe unten).

Zu den Folgen zählte jedoch auch, dass RNA-Moleküle weitaus mehr Beachtung fanden als zuvor. Mittlerweile gehen einige Forscher sogar davon aus, dass es mehr RNA-Gene als Protein-Gene geben könnte. Dabei stehen vor allem zwei neue Gruppen von RNA-Genen im Mittelpunkt:

• small non-coding RNA (sncRNA): Kurze Moleküle, die meist bis zu 200 RNA-Bausteine aufweisen. Aktuelle Schätzungen belaufen sich auf etwa 7500 sncRNA-Gene3.
• long non-coding RNA (lncRNA): Längere Moleküle mit mehr als 200 RNA-Bausteinen. Bis zu 36 000 lncRNA-Gene werden im Erbgut vermutet3.

4. Welche Funktionen könnten die neuen RNA-Gene haben?

Datenbanken führen über 40 000 lange und kurze ncRNA-Gene auf, aber die Erforschung dieser Sequenzen gestaltet sich als schwierig. Ob und welche Funktion diese Gene ausüben, ist erst für einen kleinen Teil geklärt.

Als gesichert gelten beispielsweise Aktivitäten, die die Feinregulation der Genaktivität betreffen4:

• lncRNAs beeinflussen die Struktur der Chromosomen und des Chromatins.
• lncRNAs erzeugen besondere Bereiche in Zellkernen (phase-separated condensates oder paraspeckles genannt), die die Aktivität von Genen beeinflussen.

Neue Hypothesen weisen jedoch auch auf die Möglichkeit hin, dass ncRNAs von grundlegender Bedeutung sind1:

• Laut der competing endogenous RNA Hypothese können ncRNAs an wichtige Proteinfaktoren binden. Diese Faktoren fehlen dann an anderen Stellen, wodurch wiederum die Aktivität von Proteingenen beeinflusst wird.
• Sich wiederholende Elemente (wie z.B. LINE1) könnten Sollbruchstellen bilden, die eine Neuorganisation des Erbguts erleichtern. Dabei werden Teile von Chromosomen ausgetauscht, umgedreht, verdoppelt oder entfernt – was Krankheiten auslösen, aber auch die Evolution vorantreiben kann.

5. Kritik an ENCODE

Die Kritik an den Schlussfolgerungen von ENCODE macht sich an mehreren Punkten fest. Da wäre zuerst der Umstand, dass ENCODE jede biochemische Aktivität bereits als Beleg für eine Funktion wertet. Doch nur weil eine Aktivität in der Zelle stattfindet, muss diese nicht das Überleben des Organismus fördern. Einige Forscher fordern daher den Nachweis, dass der Verlust des RNA-Gens auch Konsequenzen für das Überleben des Organismus hat.

Tatsächlich gibt es Hinweise, dass das Erbgut quasi zufällig in RNA umgeschrieben werden kann. Zudem können Proteine auch an zufällige DNA- oder RNA-Sequenzen binden. In beiden Fällen ist dies jedoch nicht mit irgendeiner Art von biologischer Funktion verbunden. Diese Argumente schienen auch die ENCODE-Forscher zu überzeugen. Sie rückten bald wieder von dem Standpunkt ab, dass jede biochemische Aktivität zugleich auch eine biologische Funktion ist.

Die bisherige Forschung zeigt außerdem, dass nur etwa 1 000 lncRNAs in größerer Menge vorkommen. Von den übrigen lncRNAs gibt es im Durchschnitt meist weniger als eine Kopie pro Zelle1 – mit einer biologischen Funktion ist das nur schwer in Einklang zu bringen. Viele Forscher glauben eher, dass dies ein Hinweis auf eine zufällige Erzeugung dieser Moleküle ist.

6. Besteht das Erbgut vor allem aus junk DNA?

Der Begriff junk DNA stammt aus den frühen 1970er Jahren. Zu dieser Zeit war noch nicht bekannt, welche Funktion der Großteil des Erbguts erfüllt. Bis heute – nach Jahrzehnten intensiver Forschung – hat sich daran wenig geändert.

Das Fehlen einer offenkundigen Funktion ist jedoch nicht der einzige Grund, warum die Bezeichnung „DNA-Müll‟ eine gewisse Berechtigung hat. Etwa die Hälfte des menschlichen Genoms besteht aus Sequenzen, die ursprünglich von Viren stammen.

Diese haben sich vor Jahrmillionen im Erbgut eingenistet und allmählich immer weiter ausgebreitet. Ihre Überreste– Transposons genannt – wiederholen eine immer gleiche Buchstabenfolge. Ein Transposon mit der Bezeichnung LINE-1 macht allein etwa 20 Prozent des menschlichen Erbguts aus1. Eine Funktion erfüllen die Transposons nur in Ausnahmefällen.

Einen großen Bereich des Erbguts nehmen auch die Introns ein. Das sind Einschübe in Genen, die nicht für die Herstellung von Proteinen benötigt werden. Aus den Boten-RNAs werden sie herausgeschnitten und verworfen.

Dennoch umfassen Introns etwa 40 Prozent des menschlichen Erbguts (Introns und Transposons überlappen in weiten Teilen). Der Großteil der Intron-Sequenzen hat keine bekannte Funktion und kann daher ebenfalls als junk DNA betrachtet werden.

7. Benötigen hochentwickelte Lebewesen ein großes Erbgut?

Bakterien haben ein kleines Erbgut, höher entwickelte kernhaltige Zellen hingegen ein sehr viel größeres. Besteht also ein Zusammenhang zwischen der Größe des Erbguts und dem Entwicklungsgrad des Organismus?

Auch dies ist eine der Fragen, die den Streit um die junk DNA befeuern. Allerdings gibt es zahlreiche Beispiele, die gegen einen Zusammenhang sprechen1. So ist das Erbgut der Zwiebel etwa fünfmal so groß wie das des Menschen. Das Erbgut mancher Amöben ist sogar um den Faktor 200 größer.

Große Schwankungen gibt es auch zwischen eng verwandten Arten, die einen sehr ähnlichen Entwicklungsgrad aufweisen. Innerhalb der Hahnenfußgewächse kann die Genomgröße um den Faktor 80 variieren, bei manchen nah verwandten einzelligen Algen sogar um den Faktor 2000.

Bei Einzellern, Pflanzen und Tieren scheint also zusätzliche Erbmasse nicht mit einem höheren Entwicklungsgrad verbunden zu sein. Das spricht auch gegen die Hypothese, dass nicht-codierende Bereiche auf eine bislang nicht bekannte Weise die Komplexität des Erbguts erhöhen.

8. Gibt die Evolution Hinweise auf die Funktion?

Was über lange Zeit hinweg bewahrt wurde, hat vermutlich eine Bedeutung. Etwa ein Zehntel des menschlichen Erbguts findet sich in ähnlicher Form auch in Lebewesen, von denen uns viele Millionen Jahre der Evolution trennen. Für einige Forscher ist dies einer der stärksten Hinweise auf eine mögliche Funktion.

Sie berufen sich dabei auf die Regeln der Evolution. Wenn eine DNA-Sequenz spürbare Auswirkungen auf das Überleben eines Organismus hat, unterliegt sie wahrscheinlich auch der natürlichen Selektion. Wesentliche Änderungen werden aussortiert oder rückgängig gemacht.

Bislang gibt es jedoch keine Hinweise, dass die große Mehrheit der ncRNAs der Evolution unterworfen ist5. Warum entstehen sie dennoch? Möglicherweise verbraucht die Herstellung von RNA so wenig Energie, dass die Mechanismen der Evolution nicht greifen x6. Die Produktion der ncRNAs wäre demnach häufig die Folge fehlender Selektion – und nicht der Beweis für eine biologische Funktion.

Folgt man dieser Argumentation, sind etwa 90 Prozent des Erbguts als junk DNA einzustufen. Sie dient weder als Blaupause für Proteine noch sorgen evolutionäre Prozesse für deren Erhaltung.

Anteil der nicht-codierenden DNA

Rolle der nicht-codierenden DNA

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Volker Henn