Fragen des Jahres 2016

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Wieso kann ein Pferd mit einem Esel gekreuzt werden aber eine Ziege nicht mit einem Schaf?

Die Kreuzung von Pferd und Esel stellt eine Besonderheit im Tierreich dar. Normalerweise verhindert nämlich die so genannte "Art-Barriere", dass Tiere verschiedener Arten miteinander gekreuzt werden können. Diese Barriere besteht bei den sehr nahe verwandten Pferd und Esel ausnahmsweise und aus nicht restlos geklärten Gründen nicht, bei Schaf und Ziege jedoch schon.

Allerdings hat diese Kreuzung über die Artgrenze den Preis, dass die Nachkommen steril sind, was man als eine "Art-Barriere im Nachhinein" verstehen könnte, weil sich die Mischlings-Nachkommen nicht weiter vermehren können. Maulesel und Maultiere können sich vor allem deshalb nicht fortpflanzen, da ihre Eltern unterschiedliche Chromosomensätze besitzen: Der Esel 62 Chromosomen zu 31 Paaren, das Pferd 64 zu 32 Paaren. Die Mischlinge haben demzufolge nur 63 Chromosomen, die Meiose kann nicht funktionieren.

Wie hat man festgestellt, dass es DNS-Stränge gibt? DNS ist doch so dünn, dass man sie auch unter dem Mikroskop nicht sieht!

Unter dem Mikroskop sind nur die Chromosomen sichtbar. Schon früh wurde entdeckt, dass die Chromosomen aus Eiweissen und einem zweiten Stoff, den Nukleinsäuren (DNS) bestehen. Die Forscher nahmen an, dass die Vererbung über einen komplizierten Stoff geschieht. Sie dachten daher, dass die Eiweisse die Vererbungsmoleküle sind. Im Jahr 1928 bewies Frederick Griffith, dass nicht die Eiweisse für die Vererbung verantwortlich sind. Der Forscher arbeitete mit Bakterien, die bei Mäusen eine Lungenentzündung auslösen. Er verwendete zwei Bakteriensorten, S und R, wovon nur die S-Bakterien die Mäuse krank machen. Zuerst erhitzte der Forscher die gefährlichen S-Bakterien. Dadurch gingen alle Eiweisse kaputt und die Bakterien starben ab. (Die DNS ging allerdings nicht kaputt.) So behandelte Bakterien machten die Mäuse nicht mehr krank. Als der Forscher die abgetöteten gefährlichen Bakterien mit den harmlosen R-Bakterien mischte, wurden die Mäuse aber krank! Was war passiert?

Die abgetöteten Bakterien hatten ihre krankmachende Eigenschaft auf die ungefährlichen Bakterien "vererbt". Da alle Eiweisse durch das Erhitzen kaputt waren, musste ein anderer Stoff dafür verantwortlich sein. Griffith konnte zeigen, dass Nukleinsäure-Stücke in die ungefährlichen Bakterien gewandert waren und ihnen die Eigenschaft verleihten, die Mäuse krank zu machen. Das Vererbungs-Molekül war also die Nukleinsäure, die DNS! Wer sonst noch zur Entdeckung der DNS beigetragen hat, siehst Du hier.

Wie sahen die Gene des Menschen vor 3000 Jahren aus?

Wahrscheinlich praktisch genau gleich wie heute. 3000 Jahre sind entwicklungsgeschichtlich gesehen eine ausgesprochen kurze Zeit. Die Gene des Menschen haben sich in dieser Zeitspanne nicht wesentlich verändert. Man müsste schon mindestens 100'000 Jahre zurückgehen, um Unterschiede feststellen zu können.

Ist ein Promotor das gleiche wie ein Primer?

Nein. Ein Promotor (auch: Promoter) ist eine bestimmte DNS-Bausteinabfolge, die am Anfang eines Gens liegt. Dieser Teil des Gens zeigt dem Kopierer (der RNS-Polymerase), wo der Startpunkt des Gens liegt und wo mit dem Abschreiben begonnen werden soll (s. dazu den Artikel "Eiweisse werden produziert"). Ein Promotor beeinflusst auch, ob und wie oft das Gen zu RNS abgeschrieben wird. Ein Primer ist ebenfalls eine kurze Abfolge von DNS-Bausteinen, also z.B. AAGTCGAGG, aber nicht als Teil eines Gens, sondern als isoliertes DNS-Stück. Primer braucht man im Labor beispielsweise für die PCR. Primer kommen aber auch in der Zelle vor: Wenn sich die DNA vor einer Zellteilung verdoppelt, trennt sich der DNA-Doppelstrang. Als erstes binden dann kurze DNA-Stücke an die Stränge, die man ebenfalls Primer nennt. Sie sind somit die Startpunkte für Enzyme, welche die DNS verdoppeln (DNS-Polymerasen).

Warum werden die Bausteine der Gene (A, C, G, T) Basen genannt?

In der Chemie nennt man Moleküle, die Protonen aufnehmen können, Basen. (Ein Proton ist der Kern eines Wasserstoffatoms.) Moleküle, welche Protonen abgeben können, heissen Säuren. Abhängig davon, ob die Protonen-Plätze an einem Molekül besetzt sind und also keine neuen Protonen mehr aufgenommen werden können ODER ob Plätze frei sind und Protonen aufgenommen werden können, kann ein Stoff eine Base oder eine Säure sein. Die Bausteine der Gene sind Moleküle, die dies machen können. Die DNS heisst Desoxyribonukleinsäure. Dass man die vier verschiedenen Bausteine einfach "die Basen" nennt, liegt daran, dass sie für sich genommen Protonen anziehen und also basisch sind. Die DNS als Ganzes hingegen ist eine Säure. Mehr zum Bau der DNS findest Du hier.

Wie gross ist ein Chromosom?

Ein Chromosom, das aus aufgeknäulter DNA und "Verpackungs"-Proteinen besteht (man nennt diese Eiweisse Histone), ist etwa 5 Mikrometer, also etwa 5 Tausendstel Millimeter lang. Unter dem Lichtmikroskop sind Chromosomen gut sichtbar. Allerdings sind nicht alle Chromosomen gleich gross und auch die Anzahl Gene auf den einzelnen Chromosomen ist sehr unterschiedlich. Das Chromosom 19 hat z.B. über 3000 Gene, während Chromosom 18 nur etwa 600 Gene enthält. Am wenigsten Gene hat das Y-Chromosom mit nur 200 Genen. Mehr zu den Genen des Y-Chromosoms erfährst Du hier.

Was ist der Unterschied zwischen dem Phänotyp und dem Genotyp?

Die meisten Organismen haben wie wir Menschen von jedem Gen mindestens 2 Kopien (siehe auch hier). Nehmen wir zum Beispiel die Gene für die Augenfarbe. Jemand hat sowohl ein Gen für braune Augen als auch eines für blaue Augen. Der Genotyp ist in diesem Fall "blau/braun". Solche Menschen haben in der Regel nur eine Augenfarbe, wahrscheinlich Braun, das heisst der Phänotyp (oder das Erscheinungsbild) ist "braune Augen". Auch der Genotyp "braun/braun" führt zu demselben Phänotyp"braune Augen". Das Beispiel zeigt, dass verschiedene Genotypen zu einem gleichen Phänotyp führen können. Das liegt unter anderem daran, dass es starke (dominante) und schwache (rezessive) Gene gibt. Die Gene für die Augenfarbe Blau sind den Genen für die Augenfarbe Braun sozusagen unterlegen. Für den Phänotyp "blaue Augen" braucht es daher den Genotyp "blau/blau". Und deshalb kommt es auch vor, dass Kinder blaue Augen haben können, obwohl beide Eltern braune Augen haben.

Wie ist es möglich, dass ein fremdes Gen in das Genom eines Individuums eingeschleust wird?

Das ist möglich, weil der genetische Code universell ist. Das bedeutet, dass die Erbinformation aller Lebewesen auf der Erde aus den gleichen vier chemischen Bausteinen aufgebaut ist (siehe 'Welt der Gene') Weil alle Lebewesen aus den gleichen genetischen Bausteinen aufgebaut sind, kann man die Gene verschiedener Organismen miteinander verbinden und austauschen. Man kann z.B. ein Gen aus einer menschlichen Zelle, das für Insulin codiert, in ein Bakterium einschleusen. Fortan produziert dieses Bakterium menschliches Insulin. Nur wegen der Universalität des genetischen Codes ist Gentechnik überhaupt möglich. Die Bezeichnung "fremdes" Gen ist übrigens nicht ganz unproblematisch. Der Mensch und die Bäckerhefe haben zu einem Drittel identische Gene, Mensch und Schimpanse gar 98%! Es gibt folglich keine "Menschengene" oder "Schimpansengene". Viele Gene teilen wir auch mit Bakterien, Pflanzen etc. Ein Gen aus einer Pflanze ist für ein Bakterium also eigentlich nicht unbedingt etwas "Fremdes".

Ist musisches Talent vererbbar, hat es mit Intelligenz zu tun?

Man nimmt heute an, dass sowohl das musische Talent als auch die Intelligenz je etwa zur Hälfte durch unsere Gene und zur Hälfte durch unsere Umwelt beeinflusst werden. Aber es gibt kein "Gen für die Intelligenz" oder ähnliches. Intellektuelle Fähigkeiten, Kreativität, musische Begabung u.s.w. werden durch viele Gene vererbt, die für sich alleine jeweils einen eher kleinen Effekt haben (mehr dazu erfährst Du im Kapitel "Chromosom 6: Intelligenz"). Interessant ist die Beobachtung, dass eine musische Ausbildung die Intelligenz positiv beeinflussen kann. Dabei sollte nicht vergessen gehen, dass es keine allgemeingültige Definition von Intelligenz gibt.

Müssen siamesische Zwillinge immer eineiig sein?

Ja, siamesische Zwillinge sind immer eineiig. Das hat mit der Entstehung der beiden Arten von Zwillingen (eineiig oder zweieiig) zu tun. Eineiige Zwillinge entstehen, wenn sich bei einer befruchteten Eizelle im Laufe der ersten Zellteilungen die Zellen voneinander trennen. Da die Zellen in dieser Phase noch - wie man sagt - totipotent (d.h. zu allem fähig) sind, entwickeln sich aus den getrennten Zellen zwei Embryonen, welche genetisch identisch sind, da sie aus der gleichen Ei- und der gleichen Samenzelle entstanden sind. Siamesische Zwillinge entstehen dann, wenn diese Trennung nicht vollständig abläuft, die beiden Zellverbände sich also nicht ganz voneinander losgelöst haben. Die Embryonen bleiben miteinander verbunden und "teilen sich" gemeinsame Gewebe oder Organe. Es ist also nicht so, dass siamesische Zwillinge zusammenwachsen, sondern ihre Trennung im Mutterleib ist unvollständig.

Aus diesem Grund können zweieiige Zwillinge nicht zu siamesischen Zwillingen werden. Sie entstehen durch die gleichzeitige Befruchtung von zwei verschiedenen Eizellen durch zwei verschiedene Samenzellen. Die daraus entstehenden Embryonen sind während der Schwangerschaft nicht direkt miteinander verbunden und können so auch nicht als siamesische Zwillingen zur Welt kommen.

Was ist Sichelzellanämie?

Die Sichelzellanämie ist eine Erbkrankheit. Von der Krankheit Betroffene bilden einen abnormen Blutfarbstoff (Hämoglobin), wodurch sich ihre roten Blutzellen zu sichelförmigen Gebilden verformen. Diese deformierten roten Blutkörperchen werden vom Körper (v.a. der Milz) als fremd erkannt und aufgelöst, was zu einer Blutarmut (Anämie) führt. Dadurch werden die Organe geschädigt und die Patienten sterben frühzeitig. Ursache für die Sichelzellanämie ist eine Mutation in demjenigen Gen, welches für die Bildung von Hämoglobin zuständig ist. Hämoglobin ist wichtig für den Sauerstofftransport im Blut. Es bindet den Sauerstoff in der Lunge und bringt das Kohlendioxid zur Lunge zurück. Die Krankheit wird rezessiv vererbt, d.h. sie bricht nur dann aus, wenn die betroffene Person zwei defekte Genkopien in sich trägt.

Wie vererbt sich die Glasknochenkrankheit?

Die Glasknochenkrankheit (Osteogenesis imperfecta) entsteht aufgrund einer Mutation (Veränderung) im Kollagen-Gen. Kollagen ist ein Proteinkleber, welcher das Körpergewebe zusammenhält und den Knochen Halt und Festigkeit gibt.

Die Krankheit wird dominant vererbt. Oft entsteht die Krankheit jedoch durch eine Neumutation, also eine spontane Veränderung im Erbgut. Diese Mutation im Kollagen-Gen, die zu den Glasknochen führt, geschieht in der Eizelle oder in der Samenzelle, aus denen der Embryo entsteht, oder ganz zu Beginn der Embryonalentwicklung. Diese Mutation ist nicht vorhersehbar.

Durch den dominanten Erbgang vererbt man als Glasknochen-Betroffene(r) die Krankheit im Durchschnitt jedem zweiten seiner Kinder weiter. Die Kinder können unterschiedlich stark betroffen sein. In einer genetischen Beratungsstelle informieren sich Personen mit Glasknochen über ihre Situation, wenn sie eine Familie gründen wollen.

 

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Dieser Inhalt stammt von der ehemaligen Website gene-abc.ch, die im Jahr 2016 in die Website SimplyScience.ch integriert wurde. Das Gene ABC war eine Initiative des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF) und wird seit 2016 von der SimplyScience Stiftung weitergeführt.