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PCR-Methode einfach erklärt & Gelelektrophorese: Anleitung und Auswertung

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PCR-Methode einfach erklärt & Gelelektrophorese: Anleitung und Auswertung

Die PCR-Methode wird zur Diagnose der Neuronalen Ceroid-Lipofuszinose (NCL), einer tödlichen Stoffwechselerkrankung bei Kindern, eingesetzt. Der Ablauf der PCR und die Auswertung mittels Gelelektrophorese werden detailliert erklärt.

  • NCL führt zu fortschreitendem Verlust von Sehkraft, geistigen Fähigkeiten und Beweglichkeit
  • Die Krankheit wird autosomal-rezessiv vererbt und ist durch einen Gendefekt bedingt
  • PCR und Gelelektrophorese ermöglichen die genetische Diagnose von NCL
  • Der Krankheitsverlauf und die Prognose für Betroffene werden erläutert

20.4.2021

2194

3. Klausur
Unterrichtsvorhaben II: Humangenetische Beratung - Wie können genetisch bedingte Krankheiten
diagnostiziert und therapiert werden

Neuronale Ceroid-Lipofuszinose (NCL) - Krankheitsverlauf und Ursachen

Die juvenile NCL, auch als Kinderdemenz bezeichnet, ist eine schwerwiegende neurodegenerative Erkrankung mit dramatischem Verlauf. Betroffene Kinder entwickeln sich zunächst normal, bevor die ersten Symptome auftreten.

Der typische Krankheitsverlauf umfasst:

  1. Sehschwäche und Erblindung (ab Einschulungsalter)
  2. Geistiger Abbau und Verlust erlernter Fähigkeiten (ab ca. 8 Jahren)
  3. Sprachverlust (ab ca. 11 Jahren)
  4. Bewegungseinschränkungen bis zur Rollstuhlpflichtigkeit
  5. Epilepsie und mögliche Herzprobleme

Example: Ein betroffenes Kind könnte zunächst nur Probleme beim Lesen haben, später aber auch das Schreiben und Rechnen verlernen.

Die Lebenserwartung bei NCL ist stark verkürzt. Die meisten Patienten versterben zwischen dem 20. und 30. Lebensjahr.

Highlight: In Deutschland sind etwa 700 Kinder von NCL betroffen, weltweit schätzt man 70.000 Fälle.

NCL ist eine Stoffwechselerkrankung, die das Nervengewebe schädigt. Sie wird autosomal-rezessiv vererbt und ist durch einen Gendefekt bedingt, der zu einer Fehlfunktion der Lysosomen führt.

Definition: Lysosomen sind Zellorganellen, die normalerweise Abfallstoffe abbauen. Bei NCL können sie diese Funktion nicht erfüllen.

Die Anhäufung von Lipopigmenten im Nervengewebe führt zu den fortschreitenden Symptomen der Erkrankung.

Vocabulary: Lipopigmente sind Abbauprodukte des Fettstoffwechsels, die sich bei NCL in den Nervenzellen ansammeln.

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PCR als Diagnosemöglichkeit für Neuronale Ceroid-Lipofuszinose

Die PCR-Methode (Polymerase-Kettenreaktion) ist eine wichtige molekularbiologische Technik zur Vervielfältigung von DNA-Abschnitten. Sie wird hier zur Diagnose der Neuronalen Ceroid-Lipofuszinose (NCL) eingesetzt, einer schweren Stoffwechselerkrankung bei Kindern.

Der Ablauf der PCR umfasst drei Hauptschritte, die in mehreren Zyklen wiederholt werden:

  1. Denaturierung: Erhitzen auf 94-96°C, um die DNA-Doppelstränge zu trennen
  2. Hybridisierung: Abkühlen auf 50-60°C, damit sich die Primer an die DNA-Einzelstränge anlagern
  3. Elongation: Erwärmen auf 72°C für die DNA-Synthese durch die Polymerase

Vocabulary: Primer sind kurze DNA-Sequenzen, die als Startpunkt für die DNA-Synthese dienen.

Bei dieser speziellen PCR werden drei Primer verwendet, um den gesuchten Genabschnitt gezielt zu amplifizieren.

Highlight: Die Verwendung von drei Primern ermöglicht eine präzise Diagnose des NCL-verursachenden Gendefekts.

Die Gelelektrophorese wird anschließend zur Auswertung der PCR-Produkte eingesetzt. Dabei werden die DNA-Fragmente ihrer Größe nach aufgetrennt.

Definition: Die Gelelektrophorese ist eine Methode zur Trennung von DNA-Fragmenten basierend auf ihrer Größe und elektrischen Ladung.

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Analyse der Gelelektrophorese und Stammbaum-Interpretation

Die Auswertung der Gelelektrophorese ist entscheidend für die Diagnose von NCL. Das Bandenmuster auf dem Gel gibt Aufschluss über das Vorhandensein des krankheitsverursachenden Gendefekts.

Bei der Analyse des Gelelektrophorese-Ergebnisses (Abbildung 1, Material D) wird das Bandenmuster der verschiedenen Familienmitglieder verglichen. Gesunde Personen zeigen ein anderes Muster als Träger des defekten Gens oder erkrankte Individuen.

Example: Eine einzelne Bande könnte auf einen gesunden Genotyp hinweisen, während zwei Banden einen Träger des defekten Gens anzeigen könnten.

Die Interpretation des Stammbaumdiagramms (Material E) ermöglicht es, den Erbgang der NCL in der Familie nachzuvollziehen. Dabei werden die Personen als Überträger, gesund oder erkrankt gekennzeichnet.

Highlight: Die autosomal-rezessive Vererbung bedeutet, dass beide Eltern Träger des defekten Gens sein müssen, damit ein Kind erkranken kann.

Für den sechsjährigen Jungen der Familie wird basierend auf den genetischen Daten eine Prognose erstellt. Diese berücksichtigt sowohl die Ergebnisse der Gelelektrophorese als auch die Familiengeschichte.

Vocabulary: Eine Prognose ist eine medizinische Vorhersage über den wahrscheinlichen Verlauf einer Krankheit.

Die Kombination aus PCR-Analyse, Gelelektrophorese und Stammbauminterpretation ermöglicht eine präzise genetische Beratung für Familien, die von NCL betroffen sind.

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NCL ist eine Stoffwechselerkrankung, die das Nervengewebe schädigt. Sie wird autosomal-rezessiv vererbt und ist durch einen Gendefekt bedingt, der zu einer Fehlfunktion der Lysosomen führt.

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