Gene ABC

Juli 2010

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.

Juni 2010

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.

Mai 2010

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".

April 2010

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. (Merh dazu erfährst Du hier.) 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.

März 2010

Müssen siamische 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.

Februar 2010

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.

Januar 2010

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, geschah in der Eizelle oder in der Samenzelle, aus denen Du entstanden bist, oder ganz zu Beginn der Embryonalentwicklung. Diese Mutation ist nicht vorhersehbar.

Als Glasknochen-Betroffene(r) vererbst Du die Krankheit weiter. Durch den dominanten Erbgang hat im Durchschnitt jedes zweite Deiner Kinder Glasknochen. 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.

 

Dezember 2009

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.

November 2009

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.

Oktober 2009

Was bedeutet „geschlechtsgebundene Vererbung"?

Geschlechtsgebundene Vererbung bedeutet die Vererbung eines Gens, das auf einem der Geschlechtschromosomen liegt. Es sind die Gene auf dem X oder auf dem Y-Chromosom. Erinnere Dich: Mädchen haben zwei X-Chromosomen, Jungen ein X- und ein Y-Chromosom.

Es gibt Krankheiten, die durch defekte Gene auf dem X-Chromosom ausgelöst werden. Beispiele sind die Bluterkrankheit (Hämophilie) und die Rot-Grün-Blindheit. Sie werden geschlechtsgebunden vererbt. Jungen sind viel häufiger von diesen Krankheiten betroffen als Mädchen. Weisst Du warum?

Die Gene für diese Krankheiten sind rezessiv. Das bedeutet: Wenn EINE von den beiden Kopien des Gens in unseren Zellen gesund ist, wird man nicht krank. Mit ihren zwei X-Chromosomen haben Mädchen grosse Chancen, dass das Gen nicht auf beiden Chromosomen defekt ist. Dank der unversehrten Gen-Kopie bleibt das Mädchen gesund.

Jungs haben nur ein X-Chromosom. Wenn das Gen auf ihrem X-Chromosom defekt ist, leidet der Junge an der Krankheit. Jungen haben ja kein gesundes „Ersatz"-Gen auf einem zweiten X-Chromosom. (Auf dem Y-Chromosom hat es andere Gene als auf dem X-Chromosom).

September 2009

Haben Männer auch weibliche Spermien?

Es ist etwas verwirrend und missverständlich, von "weiblichen" und "männlichen" Spermien zu sprechen. Die Geschlechtszellen des Mannes heissen Spermien, diejenigen der Frau heissen Eizellen. Da der Mann im Gegensatz zur Frau zwei unterschiedliche Geschlechtschromosomen hat (X und Y) und sich der Chromosomensatz bei der Entstehung der Geschlechtszellen (Meiose) halbiert, enthalten die Spermien immer entweder ein X-Chromosom oder ein Y-Chromosom. Daher ist es wohl sinnvoller, von X-Spermien und Y-Spermien zu sprechen. Da die Frau zwei X-Chromosomen hat, steuert sie bei der Zeugung immer ein X bei. Wird die Eizelle von einem X-Spermium befruchtet, entsteht ein Mädchen. Wird sie von einem Y-Spermium befruchtet, entsteht ein Junge.

August 2009

Warum bekommen nur Männer eine Glatze? Ich nehme an, das dafür verantwortliche Gen liegt auf dem Y-Chromosom. Aber warum erbt man dann nicht zwingend die Glatze seines Vaters?

Die Ursache der Glatzenbildung ist ein Hormon, das Hormon DHT (Dihydro-Testosteron). Wenn in der Kopfhaut zuviel DHT vorhanden ist, wird die Wachstumsphase des Haares verkürzt. Schliesslich bauen sich auch die Haarfollikel ab, aus denen die Haare wachsen. DHT entsteht aus der Umwandlung von Testosteron. DHT ist wichtig für die gesunde Entwicklung des männlichen Embryos und später in der Pubertät für die Umwandlung vom Jungen zum Mann. Testosteron kommt bei beiden Geschlechtern vor, ist aber bezüglich Konzentration und Wirkungsweise bei Mann und Frau sehr unterschiedlich. Dies ist auch der Grund, weshalb Frauen und Männern unterschiedlich von Glatzenbildung betroffen sind.

Es gibt allerdings auch Hinweise aus der Forschung, dass für die frühe Glatzenbildung Gene mitspielen, die auf dem X-Chromosom sind und die der Sohn also von der Mutter erbt. Da Frauen zwei X-Chromosomen besitzen, haben sie oft auf einem der beiden Chromosomen eine gesunde Kopie des Gens und sind daher viel seltener betroffen. Bei dieser Form der Glatzenbildung schlagen Männer also eher nach dem Grossvater mütterlicherseits als nach dem Vater.

Juli 2009

Was bedeutet dominant und rezessiv?

Gene werden entweder rezessiv oder dominant vererbt. Dominant bedeutet, dass nur eine Kopie des Gens nötig ist, damit das vom Gen vererbte Merkmal zum Ausdruck kommt. Oder anders gesagt: Sobald ein dominantes Gen (z.B. die Blutgruppe A) auf einem Chromosom ist, hat die Person diese Blutgruppe. Rezessiv bedeutet, dass das Gen auf beiden Chromosomen eines Chromosomenpaars in unseren Zellen vorhanden sein muss, damit die Eigenschaft auftritt. Die Blutgruppe Null wird z.B. rezessiv vererbt, mehr dazu steht hier.

Wenn ein Kind ein dominant vererbtes Merkmal aufweist, muss mindestens ein Elternteil das Merkmal auch tragen. Wenn ein Kind ein rezessives Merkmal aufweist, dann müssen ihm beide Eltern eineKopie des Gens für dieses Merkmal vererbt haben.

Juni 2009

Was sind totipotente und multipotente Stammzellen?

Stammzellen können durch Teilung und Mehrung sich selbst erneuern und sie können zu verschiedenen Zelltypen mit unterschiedlichen, spezifischen Funktionen ausreifen. Wenn sich eine Stammzelle teilt, kommt es bei einigen ihrer Nachkommen zur Differenzierung, das heisst, sie spezialisieren sich zu einem ganz bestimmten Zelltyp. Die übrigen Nachkommen dagegen bleiben Stammzellen.

Totipotente Stammzellen

Nach der Verschmelzung von Ei- und Samenzelle entsteht eine befruchtete Eizelle, die sich in der Gebärmutter zu einem Menschen mit etwa 200 verschiedenen Zelltypen entwickeln kann. Zellen mit der Fähigkeit, einen kompletten Organismus aufbauen zu können, nennt man totipotent (vom lateinischen "zu allem fähig"). Nach dem heutigen Wissensstand besitzt eine befruchtete Eizelle bis zum 8-Zellen-Stadium (nach 3 Zellteilungen) Totipotenz. Das heisst, jede der acht Zellen hat für sich alleine das Potenzial, sich zu einem kompletten Organismus entwickeln zu können.

Pluripotente oder multipotente Stammzellen

Auf dem Weg der Embryonalentwicklung spezialisieren sich die Zellen immer mehr und ihre Differenzierungsfähigkeit nimmt entsprechend immer weiter ab. Spätestens nach dem 8-Zellen-Stadium sind die einzelnen Zellen nicht mehr "zu allem fähig" (totipotent), aber immer noch "zu vielem fähig" (vom lateinischen pluripotent). Die Blut bildenden Stammzellen unseres Knochenmarks zum Beispiel produzieren die gesamte Palette der Blutzellen, also die roten und weissen Blutkörperchen sowie die Blutplättchen.

Embryonale Stammzellen

Von den pluripotenten Stammzellen haben die embryonalen Stammzellen die grösste Differenzierungsfähigkeit. Sie können sich einzeln in alle unterschiedlichen Gewebe eines Menschen entwickeln, jedoch nicht zu einem kompletten Organismus.

Mai 2009

Aus was für Zellen besteht Kot?

Pro Gramm trockenem Kot hat es bis zu 100 Milliarden Bakterien, es wurden bis zu hundert verschiedene Bakterienarten im Kot entdeckt! Daneben hat es noch wenige intakte Zellen der Nahrung (in der Regel Pflanzenzellen, die z.B. wegen ihrer dicken Zellwand der Verdauung widerstehen konnten). Ansonsten besteht der Kot aus Abbauprodukten des Verdauungsprozesses und den unverdaulichen Bestandteilen von Zellen.

April 2009

Was ist Blutserum? Und was ist Plasma? Und wann kommt das eigene Serum oder Plasma zum Vorschein?

Als Blutplasma bezeichnet man den flüssigen, zellfreien Teil des Blutes. Die Zellen des Blutes wie rote und weisse Blutkörperchen und die Blutplättchen werden durch Zentrifugation abgetrennt. Neben Wasser enthält das Blutplasma Proteine, Hormone und gelöste Nährstoffe wie z.B. Traubenzucker. Als Blutserum bezeichnet man die Flüssigkeit die entsteht, wenn man Blut gerinnen lässt. Dabei verklumpen die Zellen mit den Gerinnungsfaktoren. Blutserum und -plasma setzen sich also fast gleich zusammen. Der einzige Unterschied: Im Blutplasma sind die Gerinnungsstoffe noch enthalten

März 2009

Was bedeutet RFLP?

RFLP (ausgesprochen riflip) bedeutet Restriktionsfragmentlängen-Polymorphismus. Ein Restriktionsfragment ist ein Stückchen DNS. Es entsteht, wenn DNS mit molekularen Scheren, den Restriktionsenzymen, geschnitten wird. Der Begriff "Polymorphismus" bedeutet, dass es innerhalb einer Art verschiedene Gen-Varianten gibt. Man nennt sie Allele. Menschen haben beispielsweise verschiedene Allele für das Gen der Blutgruppe, nämlich die Allele A, B und Null.

RFLP ist der Name der Labormethode, die solche Unterschiede in der DNS aufspürt. Dabei nutzt man aus, dass die Restriktionsenzyme nur an bestimmten Stellen DNS durchschneiden können. Ein Enzym kann beispielsweise nur die Basenabfolge GAATTC durchschneiden. Da verschiedene Allele nicht die gleiche Buchstabenreihenfolge haben, enthalten sie das "Wort" GAATTC nicht gleich oft und werden unterschiedlich oft geschnitten. Wie oft die DNS zerschnitten wurde, zeigt eine Gelelektrophorese. Wird ein Gen immer gleich geschnitten, dan liegt es nicht in verschiedenen Allelen vor. Ergeben sich unterschiedlich lange DNS-Fragmente, nennt man das entsprechende Gen polymorph.

Februar 2009

Kann man Aids mithilfe der Gene nachweisen? Wie funktioniert ein solcher Test?

Ja, Aids kann man mit Hilfe der Gene nachweisen. Ausgelöst wird die Krankheit Aids vom HI-Virus. Eine Person, die das Virus in sich trägt, aber (noch) keine Krankheitszeichen hat, ist HIV-positiv. Für die Untersuchung wird der Person, die sich testen lassen möchte, etwas Blut genommen. Untersucht werden nun nicht die Gene der Person, sondern man sucht im Blut nach Genen des HI-Virus. Denn wie jedes Lebewesen besitzt auch das HI-Virus charakteristische Gene. Die Vorteile dieses Gen-Tests erklären wir Dir hier.

Januar 2009

Was passiert, wenn zwei Spermien an derselben Stelle in die Eizelle wollen?

Dann verliert eine der beiden Samenzellen den Kampf! Sobald ein Spermium die Spitze seines Kopfes in die Eizelle gesteckt hat, laufen Reaktionen ab, die das Eindringen eines weiteren Spermiums nicht mehr erlauben. Der Fachbegriff für diesen Vorgang heisst Polyspermie-Block. Diese Barriere ist wichtig. Denn wenn zwei Spermien eindringen, würde dies nicht zu Zwillingen führen. Vielmehr würde das Gebilde absterben, da es zu viele Chromosomen in der Zelle hat. In unserem Lexikon kannst Du nachschauen, wie Zwillingen entstehen.

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