Vererbung

Der Mensch hat in der kurzen Zeit seiner Entwicklung ein erstaunliches Anpassungsvermögen gezeigt. Diese Eigenschaft setzt ein veränderungsfreudiges Erbgut voraus.

Veränderungen sind jedoch nur innerhalb eines bestimmten Rahmens möglich. Wird die genetische Veränderung zu groß, kann die Zelle ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen. Der Organismus erleidet einen Schaden, und eine genetisch bedingte Krankheit resultiert aus der Veränderung.

Die Humangenetik befasst sich mit solchen genetischen Erkrankungen, ihren Lokalisationen in den Genen und ihrer Vererbung. Dabei steckt sie immer noch in den Anfängen, noch lange nicht sind alle Möglichkeiten und Wege der Genetik offenbart. Je mehr wir über sie wissen, desto mehr Fragen stellen sich uns

Chromosomen als Träger der Gene

Keimzellreifung

Erbgänge

Mutationen

Stammbaumanalyse

Untersuchungsmethoden

Chromosomen als Träger der Gene

In jedem Zellkern des Körpers befindet sich das komplette Erbmaterial. Das Erbmaterial besteht aus Desoxyribonukleinsäure (DNA). Die DNA liegt in Form von langen (etwa 2m) sehr dünnen Fäden in den Kernen der Zellen vor. Die Abfolge der Bausteine der DNA stellt den genetischen Code und somit die Gene dar. Die DNA-Fäden sind so dünn, dass sie selbst im Mikroskop nicht sichtbar sind. Wenn die Zellen sich teilen, ziehen sich die DNA-Fäden zusammen, wickeln sich um Eiweißmoleküle, sogenannte Histone. Dadurch werden sie so kompakt, dass sie im Mikroskop erkennbar werden. Wir sehen während der Zellteilung die DNA als Chromosomen. Der normale Chromosomensatz eines Menschen umfasst 46 Chromosomen: 22 Autosomenpaare und das Geschlechtschromosomenpaar XX im weiblichen und XY im männlichen Geschlecht.

Jedes Chromosomenpaar besteht aus einem Chromosom väterlichen und einem mütterlichen Ursprungs. In den Keimzellen, also den Spermien und der Eizellen, liegt demnach ein einfacher Chromosomensatz mit 23 Chromosomen vor

Keimzellreifung

Bei der Bildung von Ei- und Spermazellen muss der normale Chromosomensatz von 46 Chromosomen auf 23 Chromosomen reduziert werden (Meiose). Man unterteilt die Meiose in erste und zweite Reifeteilung, welche wiederum in einzelne Phasen gegliedert werden.

1. Reifeteilung (Reduktionsteilung)

  • Interphase: Die DNA wird verdoppelt
  • Prophase:Die DNA bildet sich zu Chromosomen aus, die einzelnen Chromosomenpaare lagen sich aneinander. Hier kann es zu Crossing-over kommen.
  • Metaphase: Die Zellkernhülle löst sich auf, es entsteht ein Spindelapparat, eine Art Fadengeflecht, der an den Centromeren der Chromosomen und an den gegenüberliegenden Zellpolen verankert ist.
  • Anaphase: Der Spindelapparat zieht die Paare auseinander, die Zelle teilt sich, so das zwei Zellen mit jeweils 23 Chromosomen entstehen.

2. Reifeteilung

  • Metaphase: Die Chromosomen wandern wieder in die Mitte, der Spindelapparat bildet sich aus.
  • Anaphase: Die Schwesterchromatiden der Chromosomen werden getrennt, die Zelle teilt sich.

Die entstandenen Zellen reifen nun zu Spermien oder Eizellen heran.

Bei der Befruchtung verschmelzen Spermium und Eizelle, es entsteht wieder ein Chromosomensatz von 46 Chromosomen.

Erbgänge

Im 19. Jahrhundert veröffentlichte Gregor Mendel seine Arbeit über die Vererbung bei der Erbsenpflanze. Er stellte drei Erbgänge vor, welche auch heute noch zu den wichtigsten Erbgängen zählen:

Andere, später erkannte Erbgänge sind nicht so bedeutend, da es nur wenige Merkmale gibt, welche davon betroffen sind:

immer noch rätselhaft ist uns die Multifaktorielle Vererbung, da dort ein Merkmal von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst wird und manchmal auch von äußerlichen Einflüssen bestimmt ist, so dass keine Berechnung des Erkrankungsrisiko gemacht werden kann, Risikoangaben sind lediglich aufgrund von Beobachtungen möglich.

Mutationen

Mutationen sind Veränderungen des Erbguts. Das können Veränderungen der Chromosomenanzahl (Genommutation), Veränderungen im Aufbau der Chromosomen (Strukturmutationen) oder Veränderungen in den Genen selbst sein (Genmutation).

Mutationen können zufällig entstehen (Neumutationen) oder von Generation zu Generation vererbt werden. Nicht alle Mutationen haben Auswirkung auf den Träger, manche können sich auch positiv auswirken, leider werden jedoch meist nur die krankheitsgebundenen Mutationen festgesellt.

Stammbaumanalyse

Eine wichtige Rolle in der Humangenetik spielt die Stammbaumanalyse. Es wurde ein Verfahren entwickelt, und die Komplexität einer Familie zu dokumentieren und mögliche Erkrankungen zu diagnostizieren. Hierfür wurden übersichtliche Symbole entwickelt, die international gültig sind. Die Stammbaumanalyse ist ein wichtiger Bestandteil der humangenetischen Beratung.

Untersuchungsmethoden

Im großen und ganzen unterscheidet man 2 Methoden das Erbgut zu untersuchen.

Zytogenetische Untersuchungen und molekulargenetische Untersuchungen:

In der Zytogenetik betrachten wir die Chromosomen. Hier können Struktur- und Genomveränderungen festgestellt werden. Chromosomen können allerdings im Mikroskop nur während der Teilung einer Zelle sichtbar gemacht werden. Das Untersuchungsmaterial muß also vorher entsprechend bearbeitet (kultiviert) werden. Zu zytogenetischen Untersuchungen eignet sich Blut, Knochenmark, Hautzellen, Fruchtwasser und Anteile der Plazenta.

In der Molekulargenetik werden einzelne Gene untersucht.
Da ja in nahezu jeder Zelle des Körpers das gesamte Erbmaterial enthalten ist, ist es hier leicht, geeignetes Untersuchungsmaterial zu gewinnen. Daraus wird dann die DNA gewonnen und vervielfacht (PCR). Die fertige DNA wird dann entweder an ganz bestimmten Stellen geschnitten, oder mit einer Sonde makiert, so daß Fehler sichtbar gemacht werden können.

Ein Mittelweg zwischen Zytogenetik und Molekulargenetik ist die Fluoreszenz -in-situ-Hybridisierung, kurz FISH genannt. Hierbei wird eine Sonde von einem bestimmten DNA-Abschnitt synthetisiert und mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert. Diese Sonde setzt man nun der zu untersuchenden Zelle zu und läßt sie hybridisieren, das heißt, man erhitzt die DNA in der Zelle und löst sie in Wasser auf, so daß sich der Doppelstrang trennt. Beim Abkühlen legt sich die Sonde an die passende Stelle. Unter fluoreszierendem Licht kann man dann im Mikroskop untersuchen, wie oft der zu untersuchende DNA-Abschnitt vorhanden ist. der FISH-Test ist recht vielfälltig, so das viele verschiedene Untersuchungen damit gemacht werden können.