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der Individuen. Sie werden gezielt für die Tier- und Pflanzenzüchtung genutzt. Normaltyp Mutante = Individuum mit abgeänderten Merkmalen Mutationsformen/-arten Mutationsformen Genmutation oder Punktmutation Chromosomenmutation oder Segment-Mutation Genommutation/ Ploidiemutation Mutagene Faktoren: a) Spontanmutation: Mutation Art der Veränderung Durch Veränderung ein oder weniger Basenpaare eines Gens hervorgerufen; entstehen durch Einfügen, Verlust oder Austausch von Nucleinbasen der DNA Durch Veränderungen ein oder mehrerer Chromosomen hervorgerufen; Verlust eines Chromosomenstückchens, Verdopplung eines Chromosomenabschnitts, Drehung eines Chromosomenabschnitts um 180°, Verlagerung eines Chromosomenabschnitts an ein anderes Chromosom Durch Veränderungen der Chromosomenzahl (des Genoms) entstanden, Verminderung oder Vervielfachung von Chromosomensätzen → Züchtung (Getreide, Zuckerrübe, Kartoffel) Auftreten: meist sprunghaft, zufällig und ohne erkennbaren Grund (z.B. Stoffwechselstörungen) Mutante Mutagene = biologische, chemische oder physikalische Einflussfaktoren ➜ Rufen Veränderungen des Erbguts hervor Beispiel Phenylketonurie (PKU) Katzenschreisyndrom Trisomie 21 (Drei Chromosomen im 21. Chromosomenpaar) b) Künstliche Mutationen: Chemikalien, Radioaktivität, Röntgenstrahlung, UV-Strahlung, Temperatur, Kälteschocks rufen künstliche Mutationen hervor Stammbaumanalyse und Beispiele für Erbkrankheiten Man muss zuerst zwei Fragen beantworten: 1. Ist das untersuchte Gen dominant oder rezessiv? 2. Liegt das Gen auf einem Autosom oder einem Gonosom? ➜ Bei gonosomaler Vererbung bitte bedenken: Y-Chromosom des Mannes ist genarm und fast alle relevanten Gene liegen auf dem X-Chromosom (X-chromosomale Vererbung) Die folgenden Indizien können die Beantwortung der Fragen erleichtern: Dominante Erbgänge: Typisch ist das gehäufte Auftreten des Merkmals zumeist in jeder Generation. Rezessive Erbgänge: Das Merkmal tritt selten auf. Man erkennt Rezessivität auch daran, wenn das Merkmal erst wieder in der übernächsten Generation auftritt. Gleiches gilt für den Fall, dass zwei Personen, die keine Merkmalsträger sind, ein Kind haben, was Merkmalsträger ist. Autosomale Erbgänge: Zwischen dem Auftreten des Merkmals und dem jeweiligen Geschlecht besteht keine Beziehung, d.h. das Merkmal tritt statistisch gleich häufig bei Männern und Frauen auf. X-chromosomale Erbgänge: Das untersuchte Merkmal tritt gehäuft bzw. ausschließlich nur im männlichen Geschlecht auf 1. Vorläufige (erste) Entscheidung kann getroffen werden 2. Überprüfung der ersten Entscheidung, indem den Phänotypen den eindeutigen Genotypen zugeordnet werden 3. Es werden nun die Genotypen angegeben, bei denen es mehrere Möglichkeiten gibt 4. Man beginnt mit der zuletzt aufgeführten Generation 5. Eine eindeutige Stammbaumanalyse erfolgt erst durch den Beweis, dass es alternative Lösungsansätze gibt, die zu Widersprüchen führen Autosomal dominante Erbkrankheiten MARFAN-Syndrom (1:100 000) Chorea Huntington (1:20 000) Autosomal rezessive Erbkrankheiten Albinismus (1:40 000) Galactosämie (1:20 000) Mukoviszidose oder Cystische Fibrose (1:2000) - Phenylketonurie (1:10 000) Sichelzellenanämie X-chromosomal dominante Erbkrankheiten Vitamin-D-resistente Rachitis Glukose-6-Phosphat-Dehydrogenase-Defekt M Oro-facio-digitales-Syndrom (1:80 000) X-chromosomal rezessive Erbkrankheiten Bluterkrankheit (Hämophylie A und B) ➜ Eingeschränkte Blutgerinnung infolge des Fehlens eines Gerinnungsfaktors Rot-Grün-Blindheit Vererbung der Blutgruppen und Vererbung des Geschlechts Das ABO-System Gen liegt in drei verschiedenen Allelen vor (A, B, 0) Multiple Allelie Vier Blutgruppen: A, B, AB, 0 (Bezeichnung des Phänotyps (nicht die Allelbezeichnungen)) In den Körperzellen sind nur zwei Allele Beide Allele gleich = reinerbig für diese Blutgruppe Zwei verschiedene Allele = A und B sind dominant über das rezessive Allel 0 A und B können auch gleichzeitig vorkommen und dominant wirken (= kodominante Allele) Blut- gruppen A AB mögliche Geno- typen Häufigkeit in Mitteleuropa AA AO 11% BB ВО AB 31% 00 1% 14% 6% 37% mögliche Keimzellen nur A (A) ader nur B (B) oder A oder B nur (0) A B 0 mögliche Kombinationen elterlicher Allele (A AA AB AO B AB BB ВО Genotypen der Nachkommen 0 AO BO 00 Eltern 0/0 0 0 0 00 0 00 00 0/0 - reinerbig 高 Eltern A/B 0 A B AB A0 0 Во 00 A0 - mischerbig BO - mischerbig B B A AB AB A AB AB AA - reinerbig BB - reinerbig B B A AB AB 0 BO Во A0-mischerbig BB - reinerbig B 0 AB | A0 A A AB A0 AA - reinerbig BO - mischerbig Eltern AB/0 0 0 A AO | AO B Во BO Eltern B/B 0 B ВВ | ВО BO 00 B0-mischerbig B 0 B 0 B BB Во B ВВ | ВО BB - reinerbig B0 – mischerbig B B B ВВ | ВВ 0 BO BO B0-mischerbig BB – reinerbig B B B ВВ | ВВ B ВВ | ВВ BB - reinerbig X Y X X XX XX XY XY XY - mischerbig XX - reinerbig Wahrscheinlichkeit: 50% Resultat aus den verschiedenen Blutgruppen der Eltern 0/0 A/B AB/0 B/B 0 AB A B Humangenetische familienberatung = offen für alle Menschen, die Hinweise auf eine genetische Belastung aufweisen oder eine genetische Belastung für sich und ihre Familien befürchten Wann sollte man sich an eine genetische Beratungsstelle wenden? ● Erbkrankheiten oder Verdacht auf Erbkrankheiten bei einem Partner oder dessen Familie Genetisch bedingte Risiken der Mutter → Erhöhtes Alter der Mutter, Geburt eines voran gegangen Kindes mit einer Erbkrankheit, Auffälligkeit im Ultraschall Verwandtenehe Ziel der humangenetischen Beratung: In der Familie sind mindestens zwei Fehlgeburten bekannt Eine IVF (in-vitro-Fertilisation = künstliche Befruchtung) ist geplant Allgemeine Fragen zur Familienplanung und zu humangenetischen Untersuchungsmöglichkeiten Umfassende Informationen zu vermitteln auf Basis vollständiger und aktueller Kenntnisse der medizinischen und genetischen Fakten Wie läuft eine genetische Beratung ab? 1. Vorgeschichte einer Krankheit (Anamnese) der Partner und deren Familien wird aufgenommen und ein Familienstammbaum wird erstellt ➜ Stammbaum sollte drei Generationen umfassen (bis zu den Großeltern) → Spezifische familiäre Belastung soll ermittelt werden (Basis dafür sind die mendelschen Regeln) ➜ Gesunder und Überträger bei rezessiv vererbten Krankheiten können nicht voneinander unterschieden werden 2. Ursache und Wirkung der vorhandenen genetischen Erkrankung werden verständlich vermittelt und erläutert ➜ Diagnostische Untersuchungsmöglichkeiten werden besprochen, falls das nötig ist: Heterozygotentest: Es wird festgestellt, ob die betreffende Person ein heterozygoter Überträger einer Krankheit ist oder nicht. Biochemische Tests Ultraschalluntersuchungen DNA-Diagnostik Cytogenetische Untersuchung: Fruchtwasseruntersuchung (Amniozentese) wird bei einem begründeten Verdacht auf Genom- oder Chromosomenmutation angewendet ✓ Durchführung in der 15. bis 18. Schwangerschaftswoche (kann eine Frühgeburt auslösen) Anwendung genetischer Erkenntnisse in biotechnologischen Verfahren Bau eines Bakteriums Nucleoid (Chromosom) Plasmid Pili Ribosomen Zelleinschluss Stoffspeicher Insert Geißel (Flagellum) Zellmembran Vektor Zellwand Quelle: abiblick.de Klonierung (beruht auf vegetativer Vermehrung und genetischer Identität der Nachkommen) Restriktion Kapsel ➜ Ziel: Es soll eine große Zahl erbgleicher Individuen mit gewünschten Eigenschaften erzeugt werden. Genklonierung (Vermehrung eines Gens) AbiBlick Ein Gen (eine DNA-Sequenz) wird in einen Vektor (spezielle Transportformmoleküle, z.B. Plasmide in Bakterien) eingebaut. Diese veränderten Plasmide werden dann in Wirtszellen (z.B. Bakterien) eingeschleust und dort vermehrt Ligation Vektor mit Insert Klonierung von Pflanzen Aufzucht ganzer Pflanzen aus kleinen Gewebeteilen oder isolierten Zellen 1 in vitro 4 Kallus Pflanze in Erde Klonierung von Tieren Dem zu klonenden Tier wird eine Zelle entnommen und daraus der Zellkern isoliert. Dieser Zellkern wir in eine unbefruchtete Eizelle, deren Zellkern entnommen worden ist, eingesetzt. Nähr- medium Körperzelle mit erwünschten Eigenschaften Eizelle Kern wird entfernt Kern wird mit erntkernter Eizelle verschmolzen REPRODUKTIVES KLONEN "THERAPEUTISCHES KLONEN" Klon Leihmutter Gewebezucht Herstellung von Insulin Insulin besteht aus zwei Polypeptidketten A und B, deren Aminosäuresequenz bekannt ist und man kann deshalb synthetisch Gene für A und B konstruieren Jedes der beiden Gene wird jeweils in ein E.coli-Plasmid eingefügt und dann in E.coli eingeschleust und vermehrt Nach einer weiteren Behandlung können E.coli dann die Insulinketten A und B produzieren, die sich zu Human-Insulin verbinden Pro- und Contraargumente zu verschiedenen genetischen Sachgebieten Nutzen ✓ Höhere Erträge ● Weniger Pestizide Risiken ● ● Die Ernährung der Menschen aus Entwicklungsländern soll durch genetisch verbesserte Nutzpflanzen gesichert werden Bessere Ernährung ● Unkrautvernichtungsmittel können gezielter eingesetzt werden Nutzpflanzen sollen durch genetische Programme selbst Insektizide erzeugen ● ➜ Weniger gespritzt Grundnahrungsmittel können entwickelt werden, die mehr Eiweiße und Vitamine produzieren ✓ Genfluss Allergene oder natürliche Giftstoffe könnten aus anderen Nahrungsmitteln entzogen werden Die neuen Gene von veränderten Nutzpflanzen können an wilde Verwandte weitergegeben werden Manche Pflanzen, bei denen es nicht erwünscht ist, könnten gegen Pestizide resistent werden ✓ Ökologische Schäden Die Resistenz von Insekten gegen Pestizide könnten durch veränderte Nutzpflanzen gefördert werden ➜ Es muss mehr gespritzt werden ✓ Gesundheit In andere Nahrungsmittel können Allergene artübergreifend übertragen werden z.B. Nuss- oder Fischgene, wegen speziellen Eigenschaften Pro-Position Hochrangigkeit der Forschungsziele Verfassungsgarantie der Forschungsfreiheit Demgegenüber geringere Schutzwürdigkeit des menschlichen Embryos, wenn er ,,überzählig" ist Notwenigkeit, in der Forschung und in der Abwechslung alle Wege zu gehen Contra-Position Verletzung der Menschenwürde und Gefährdung des gesellschaftlichen Konsens Absehbare Ausweitung der Gewinnungsmethoden: Erzeugung von Nutzungsembryonen und therapeutischen Klonen Mangelnder Nachweis der Unumgänglichkeit der Forschung mit embryonalen Stammzellen Das Prinzip des Gentransfers Fremd-DNA ("Insert") Plasmid rekombinantes DNA-Molekül Ligation Antibiotika- resistenzgen Einschleusen In Wirtszelle Selektion auf antibiotika- haltigem Medium Beispiel: Insulinerzeugung mit transgenen Bakterien 1. Genscheren und Schneideenzyme schneiden das menschliche Gen zum Aufbau von Insulin aus einer Spenderzelle heraus 2. Ein Plasmid wird aus einer Bakterienzelle entfernt und ein entsprechender Abschnitt wird mit den gleichen Schneideenzymen und Genscheren herausgeschnitten 3. Das menschliche Gen wird in das Plasmid (Genfähren) und in eine Bakterienzelle mit neu kombiniertem Plasmid durch Bindeenzyme und Genkleber eingeschleust 4. Züchtung (Vermehrung des Plasmids mit dem Fremdgen) in Kulturgefäßen 5. Bei ,,Reife" werden die Bakterien abgetötet und aus der Zellmasse isoliert (Reinigungsprozesse) und als Medikament gewonnen Transgen = Gen, das mit genetischen Verfahren in das Erbgut eines Organismus eingebracht wurde