Begleittext - WinBIAP.net

Humangenetik:
Erbkrankheiten
ab 10. Schuljahr
Humangenetik: Erbkrankheiten
1. Einleitung
DVD 02:12 min
Alle Menschen ähneln sich – und doch sind sie alle verschieden. Durch
die Kombination der mütterlichen und väterlichen Gene erhält jeder Mensch
sein individuelles Erbgut, das ihn von allen anderen unterscheidet. Das
Erbgut wird stets von einer Generation zur nächsten weitergegeben. Doch
manchmal entstehen Fehler, die ebenfalls weitergegeben werden. Die so
genannten Erbkrankheiten werden von Mutationen verursacht. Es können
verschiedene Arten von Mutationen auftreten.
Bei einer Genmutation hat sich die DNA-Sequenz eines Gens verändert
und das codierte Protein ist nur eingeschränkt oder überhaupt nicht funktionsfähig. So ist z. B. die Ursache der Mukoviszidose eine Mutation in
einem Gen auf Chromosom 7. Genmutationen können die Autosomen
betreffen, also die Chromosomen 1 bis 22, oder die Gonosomen, das sind
die Geschlechtschromosomen. Ist ein Allel eines Gens dominant, so wird
dieses Merkmal stets ausgeprägt. Rezessive Allele werden nur ausgeprägt,
wenn sie homozygot vorliegen, wenn also beide Allele eines Gens im
Genom rezessiv sind – oder wenn ein rezessives Gen hemizygot vorliegt.
Hemizygotie tritt auf, wenn sich ein Gen bei einem Mann auf dem X-Chromosom befindet und auf dem Y-Chromosom kein homologes Gen vorhanden ist.
Bei einer Genommutation hat sich die Chromosomenzahl im Genom verändert. Bei der Trisomie 21, dem Down-Syndrom, ist das Chromosom 21
dreifach in den Zellen vorhanden.
Bei einer Chromosomenmutation hat sich die Struktur eines Chromosoms verändert. So fehlt z. B. beim Katzenschreisyndrom ein Teil des
Chromosoms 5. Wir wollen uns nun einige Krankheiten etwas genauer
ansehen.
2. Rotgrünblindheit: Genmutation, gonosomal
(X-chromosomal), rezessiv
DVD 04:00 min
Farben gehören wie selbstverständlich zu unserem Leben. Manche
Personen haben jedoch Schwierigkeiten, bestimmte Farben zu unterscheiden.
Bei der Rotgrünblindheit werden rot und grün nur als Grautöne erkannt.
Mithilfe einfacher Tests lässt sich überprüfen, ob eine Farbstörung vorliegt.
Welche Zahl ist hier abgebildet?
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Falls Sie die "5" nicht erkannt haben, ist dies ein Hinweis auf eine RotGrün-Störung. Welche Zahl ist hier abgebildet?
In diesem Stammbaum werden Männer als Quadrat und Frauen als Kreis
dargestellt. Eine farbenblinde Person wird weiß gekennzeichnet. 8 % der
Männer sind farbenblind, jedoch nur 0,5 % der Frauen. Diese Tatsache deutet darauf hin, dass die Gene, die für das Erkennen von Rot bzw. Grün verantwortlich sind, auf dem X-Chromosom liegen.
Während Frauen zwei X-Chromosomen besitzen, enthalten die Zellen
der Männer jeweils ein X- und ein Y-Chromosom. Das Y-Chromosom ist
sehr klein und trägt nur wenige Gene.
Das X-Chromosom dieses Mannes, der nicht farbenblind ist, trägt die
intakten Allele für das Farbensehen. Auf dem Y-Chromosom sind keine
Gene für das Farbensehen vorhanden. Die Frau in diesem Schema trägt auf
einem X-Chromosom ein Allel, das für eine Form der Farbenblindheit verantwortlich ist. Da auf dem zweiten X-Chromosom das intakte Allel vorliegt,
ist die Frau nicht erkrankt.
Die Spermien des nicht farbenblinden Mannes enthalten entweder ein XChromosom mit den intakten Genen oder ein Y-Chromosom.
Bei der Frau werden 50 % der Eizellen auf dem X-Chromosom ein intaktes und 50 % ein defektes Allel tragen.
Kommen nun bei der Befruchtung das X-Chromosom mit dem defekten
Allel und ein Y-Chromosom, das kein komplementäres Gen enthält zusammen, so wird der Junge, der aus dieser Zygote entsteht, farbenblind sein.
Vererben Vater und Mutter ein X-Chromosom, so wird die Tochter auf
jeden Fall normal sehen können. Falls sie von der Mutter das defekte Allel
erhält, wird Sie – genau wie ihre Mutter – eine Konduktorin, also Überträgerin – und statistisch gesehen werden 50 % ihrer Söhne farbenblind sein.
Wir fassen das Ganze noch einmal zusammen.
Bei der Rotgrünblindheit sehen Betroffene statt Rot und Grün lediglich
Grautöne. Verantwortlich sind Mutationen in Genen, die für das Farbensehen verantwortlich sind. Da verschiedene Gene betroffen sein können,
existieren unterschiedliche Schweregrade der Krankheit.
Die Gene liegen auf dem X-Chromosom, es handelt sich um einen rezessiven Erbgang.
Da Männer nur ein X-Chromosom besitzen, tritt das rezessive Merkmal
stets in Erscheinung – 8 % der Männer leiden an dieser Krankheit. Bei
Frauen kann ein intaktes Allel auf dem zweiten X-Chromosom die Krankheit
verhindern, nur bei 0,5 % der Frauen liegt auf beiden X-Chromosomen ein
defektes Gen.
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3. Mukoviszidose: Genmutation
autosomal, rezessiv
DVD 02:07 min
Mukoviszidose ist eine sehr häufig auftretende Erbkrankheit. In Europa ist
eines von 2.000 Neugeborenen davon betroffen.
Aufgrund eines genetischen Defekts ist die Regulation des Salztransportes in bestimmten Zellen des Körpers gestört. Durch zähflüssige Sekrete
werden Atmungs- und Verdauungsorgane geschädigt. Das größte Problem
der Patienten ist, dass sich in der Lunge zäher Schleim ansammelt, der die
Atemwege blockiert. Es kommt zum Anschwellen der Bronchien und zu
Lungenentzündungen. Durch die zunehmende Zerstörung von Lungenbläschen nimmt die Lungenkapazität ab, d. h. die Anreicherung des Blutes mit
Sauerstoff wird eingeschränkt.
Mukoviszidose lässt sich durch den so genannten Schweißtest nachweisen. Der Schweiß eines Erkrankten weißt einen sehr hohen Salzgehalt auf,
der mithilfe eines Gerätes gemessen werden kann.
Verantwortlich für die Krankheit ist ein Gen auf Chromosom 7. Da das
krankheitsauslösende Allel auf einem Autosom liegt und rezessiv ist, tritt die
Krankheit nur in Erscheinung, wenn das Allel von beiden Elternteilen vererbt
wird.
Und hier noch einmal das Wichtigste in der Zusammenfassung:
Mukoviszidose-Patienten leiden an Atmungs-, Verdauungs- und Stoffwechselproblemen. Als genetische Ursache konnte eine Mutation eines
Gens auf Chromosom 7 identifiziert werden. Die Folge ist eine Störung des
Salztransportes in verschiedenen Zellen und die Bildung von dickflüssigen
Sekreten. Die Vererbung erfolgt autosomal-rezessiv. Die Krankheit tritt mit
einer Häufigkeit von 1 : 2.000 auf.
4. Chorea Huntington: Genmutation
autosomal, dominant
DVD 02:00 min
In diesem kleinen Fischerdorf in Venezuela ist ein großer Teil der
Einwohner von einer schrecklichen Krankheit betroffen, die man Chorea
Huntington nennt.
Der amerikanische Arzt George Huntington beschrieb 1872 erstmals
diese Nervenerkrankung, die schließlich seinen Namen erhielt.
Alle Bewohner des Ortes stammen von einem gemeinsamen Vorfahren
ab – das dominante Gen, das die Krankheit auslöst, wird von Generation zu
Generation weitergegeben.
Die ersten Symptome zeigen sich in vielen Fällen erst im Alter von ungefähr 40 Jahren. Zunächst kommt es zu Muskelzuckungen und zu
Persönlichkeitsveränderungen. Innerhalb einiger Jahre verringern sich
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unaufhaltsam die geistigen Fähigkeiten und der Kranke verliert die Kontrolle
über seinen Bewegungsapparat. Er wird schließlich bettlägerig und stirbt
meist im Alter zwischen 50 und 60 Jahren.
Die Nachkommen eines Betroffenen sind mit einer Wahrscheinlichkeit
von 50 % Träger des mutierten Gens.
Als Ursache der Krankheit konnte die Mutation eines Gens auf
Chromosom 4 identifiziert werden. Es kommt zur Produktion einer veränderten Form des so genannten Huntingtin-Proteins, das die Zerstörung von
Nervenzellen bewirkt.
Fassen wir die wichtigsten Fakten zusammen: Etwa ab dem 40.
Lebensjahr kommt es bei Chorea Huntington zum Verlust der motorischen
Kontrolle und zum Abbau der geistigen Fähigkeiten bis hin zur Demenz.
Als Ursache wurde eine Mutation des so genannten Huntingtin-Gens auf
Chromosom 4 identifiziert, die Folge ist die Zerstörung von Nervenzellen.
Die Vererbung erfolgt autosomal-dominant. In Westeuropa sind etwa 7 von
100.000 Personen betroffen.
5. Trisomie 21, Down-Syndrom:
Genommutation
DVD 03:12 min
Die Symptome der Trisomie 21, man spricht auch vom Down-Syndrom,
können unterschiedlich stark ausgeprägt sein.
Typische Merkmale sind ein kleiner Kopf, eine kleine Nase mit breiter
Nasenwurzel, die Schrägstellung der Lidachsen, eine Lidfalte, eine dicke
Zunge, kurze Finger, eine verzögerte geistige und körperliche Entwicklung,
ein verminderter IQ und Fehlbildungen innerer Organe.
Der englische Arzt John Langdon Down beschrieb 1866 als Erster die
typischen Merkmale der Krankheit.
Die genetische Ursache wurde allerdings erst 1959 entdeckt. In den
Zellen der Betroffenen befinden sich drei Kopien des Chromosoms 21. Wie
kann es dazu kommen?
In über 90 % der Fälle liegt eine "Freie Trisomie" vor. Ursache ist eine so
genannte Nondisjunction während der Meiose. Meist tritt dieser Fehler bei
der Reifung einer Eizelle und nicht bei der Spermienreifung auf. Entweder es
unterbleibt die Trennung der homologen Chromosomen Nummer 21 in der
Meiose I oder es unterbleibt die Chromatidentrennung in der Meiose II.
Durch die Befruchtung entsteht stets eine Zygote mit drei Kopien des
Chromosoms 21. Bei etwa 5 % der am Down-Syndrom leidenden Patienten
liegt keine Freie Trisomie sondern eine Translokationstrisomie vor.
Es lagert sich ein Teil des Chromosoms 21 oder auch das ganze
Chromosom an ein anderes Chromosom an.
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Im Karyogramm dieser Frau sieht man nur 45 Chromosomen. Man
spricht von einer "balancierten Translokation". Diese Mutation der
Chromosomenstruktur hat keine phänotypischen Auswirkungen.
Bei der Meiose kann es nun aber passieren, dass die zusammenhängenden Chromosomen in die Eizelle gelangen. Das Chromosom 21 liegt nun
doppelt vor und durch die Befruchtung entsteht eine trisome Zygote.
Im Durchschnitt ist eines von 600 Neugeborenen von Trisomie 21 betroffen. Die Wahrscheinlichkeit steigt jedoch mit dem Alter der Mutter drastisch
an. Bringt eine Mutter im Alter von 20 Jahren ein Kind zur Welt so liegt das
Risiko für Trisomie 21 bei 1: 1.500, ist die Mutter jedoch 45, liegt das Risiko
bei 1:20.
Wir fassen zusammen: Das Down-Syndrom zeigt sich in verschiedensten körperlichen und geistigen Symptomen. Ursache ist ein überzähliges
Chromosom, das in den meisten Fällen durch einen Fehler während der
Meiose in die Eizelle gelangt ist.
Die durchschnittliche Häufigkeit liegt bei 1 : 600, steigt jedoch mit dem
Alter der Mutter stark an.
6. Pränatale Diagnostik
DVD 04:06 min
Zahlreiche Erbkrankheiten und chromosomale Störungen können heute
bereits vor der Geburt im Rahmen der pränatalen Diagnostik identifiziert
werden.
Bei der Ultraschalluntersuchung können körperliche Anomalien des
Embryos erkannt werden.
Bei der Amniozentese, der Fruchtwasseruntersuchung, wird eine
Punktionsnadel durch die Bauchdecke in die Fruchtblase eingeführt. Die
Fruchtwasserprobe, die entnommen wird, enthält Zellen des Fötus. Diese
Zellen werden anschließend in einer Nährlösung vermehrt und für biochemische Untersuchungen und Chromosomenanalysen verwendet.
Zur Anfertigung eines Karyogramms wird die Zellteilung durch die
Zugabe des Mitosegiftes Colchizin gestoppt. Colchizin blockiert die
Ausbildung des Spindelapparates und der Zellzyklus wird in der Metaphase
unterbrochen. Chromosomen sind im Metaphasestadium am besten zu
erkennen. Anschließend werden die Zellen in destilliertes Wasser gebracht.
Dies bewirkt ein Anschwellen der Zellen und ein Auseinanderweichen der
Metaphase-Chromosomen.
Nach einer Fixierung zur Stabilisierung der Chromosomen wird die
Suspension auf einen Objektträger aufgebracht, die Zellen sind nun aufgeplatzt und die Chromosomen einer Zelle befinden sich meist nebeneinander
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auf dem Objektträger. Durch das Anfärben können später unter dem
Mikroskop aufgrund der Bandenmuster die verschiedenen Chromosomen
identifiziert werden.
Die Chromosomen werden nun bei etwa 1000facher Vergrößerung unter
dem Mikroskop fotografiert.
Die Chromosomen werden ausgeschnitten und nach Größe, Lage des
Zentromers und Bandenmuster geordnet.
In einem Karyogramm können Chromosomenanomalien wie z. B.
Trisomien erkannt werden.
Heute ist es auch möglich, das Karyogramm mithilfe eines Computers zu
erstellen. Die spezifischen Merkmale der einzelnen Chromosomen werden
vom Rechner erkannt und die Chromosomen nach den vorgegebenen
Regeln geordnet.
Fortschritte in Medizin und Gentechnik ermöglichen es heute, viele
Erbkrankheiten sehr früh zu erkennen. Eine Heilung ist aber oft noch nicht
möglich.
Das Ziel vieler Wissenschaftler in aller Welt ist es, in Zukunft nicht mehr
nur die Symptome, sondern die Ursachen von Erbkrankheiten behandeln zu
können.
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Glossar
Art (Spezies)
besteht aus mindestens einer Population, deren Individuen aufgrund von Vererbung Ähnlichkeiten in Bau- und Leistungsmerkmalen aufweisen – sie sind in diesen Merkmalen von Individuen
anderer Arten unterscheidbar
binäre
Nomenklatur
Artnamen bestehen aus zwei Elementen, dem Gattungsnamen und dem nachfolgenden Epithet, durch das der Artname
festgelegt wird; dem Namen folgt der Name des Erstbeschreibers
(Autors); Namen bekannter Systematiker der vergangenen
Jahrhunderte werden oft abgekürzt, L. steht für Linné (Gründer
der Systematik der Lebewesen und der binären Nomenklatur)
Allel
Ausprägungsform eines Gens; die Allele für die Blutgruppen A, B
und 0 sind z. B. verschiedene Ausprägungen des BlutgruppenGens; auf den homologen Chromosomen liegen jeweils entweder
zwei gleiche oder zwei verschiedene Allele – bei unterschiedlichen
Allelen ist für die Merkmalsausbildung wichtig, welches Allel dominant und welches rezessiv ist
Evolution
Entwicklungsgeschichte der Lebewesen; Ansatz zur naturwissenschaftlichen Erklärung für die Entstehung und Veränderung der
Lebewesen im Laufe der Erdgeschichte
Fossilien
lat.: fossa = die Grube; Überreste und Abdrücke von Lebewesen,
die in vorgeschichtlicher Zeit gelebt haben; in der Biologie sind
fossile Arten ausgestorben, im Gegensatz zu rezenten (heute
noch lebenden) Arten; durch besondere Umstände sind manche
fossile Lebewesen nach ihrem Tod nicht verwest und zerfallen,
ihre Struktur blieb bis heute erhalten; fossile Energieträger (Erdöl,
Erdgas und Kohle) sind Überreste vorwiegend pflanzlicher
Substanzen (Biomasse); die Entstehung von Fossilien ist ein
Vorgang, der unter bestimmten chemisch-physikalischen
Bedingungen über extrem lange Zeiträume hinweg abläuft
Gendrift
Veränderung der zufälligen Verteilung von Genen durch Verlust
oder Erwerb von nichtadaptiven Allelen innerhalb einer kleinen
Population; abgeleitet vom englischen Wort „drift“ = Strömung;
als Gendrift wird auch die Verbreitung solcher Veränderungen in
größere Populationen bezeichnet; heute bezeichnet man als
Gendrift auch das Eindringen bewusst oder zufällig veränderter
Gene in andere Bereiche
Genetik
griech.: geneá = die Abstammung; auch Vererbungslehre
genannt; Teilgebiet der Biologie, beschäftigt sich mit dem Aufbau
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und der Funktion von Erbanlagen („Genen“) sowie mit deren
Weitervererbung; die klassische Genetik untersucht, in welchen
Kombinationen die Gene nach Kreuzungsexperimenten bei den
Nachkommen vorkommen und wie hierdurch die Ausprägung
bestimmter phänotypischer Merkmale beeinflusst wird; die
Molekulargenetik untersucht, wie Gene aufgebaut sind, wie die in
Form von Desoxyribonukleinsäure (DNA) vorhandene genetische
Information zum Aufbau von Proteinen und anderen funktionellen
Genprodukten genutzt wird, wie diese Information kopiert wird
(Replikation) und wie sich molekularbiologische Erkenntnisse für
gentechnische Verfahren nutzen lassen
Genom
Gesamtheit der DNA eines Virus, eines Organismus oder einer
Zelle; enthält Informationen, die zur Entwicklung der spezifischen
Merkmale nötig sind
Genotyp
exakte genetische Ausstattung eines Organismus; individueller
Gensatz im Zellkern (siehe auch Phänotyp)
genetische
Variation
lat.: variare = verändern; entsteht durch Mutationund kann
durch Rekombination weiter vervielfacht werden; Basis der genetischen Variabilität einer Population; darunter versteht man die
spontane oder gewollte Abänderung von Informationsfolgen oder
Eigenschaften
lebendes Fossil
Bezeichnung für Arten wie z. B. die Brückenechse, deren
Anatomie sich seit Millionen von Jahren nicht wesentlich verändert
hat, was man anhand von Fossilienfunden belegen kann
Mutation
tritt auf durch Austausch und/oder Verlust eines oder mehrerer
Basenpaare eines Gens oder durch den Einbau neuer Sequenzen
in die DNA; wird entweder durch Fehler während der DNAReplikation oder durch so genannte Mutagene ausgelöst, die den
Basenaustausch triggern
Phänotyp
tatsächliche körperliche Merkmale wie Größe, Haarfarbe etc.
(siehe auch Genotyp)
Population
(Biologie)
Gruppe von Individuen, die aufgrund ihrer Entstehungsprozesse miteinander verbunden sind und in einem einheitlichen
Areal zu finden sind; für organismische Populationen durch folgende Entstehungsprozesse miteinander verbunden: Zellteilung
oder Sprossung bei Einzellern, vegetative Vermehrung oder
sexuelle Fortpflanzung bei Ein- und Vielzellern; die Charakterisierung einer Population erfolgt durch Art (Ausprägung, Gestaltung),
Häufigkeit und Variationsbreite der Allele, Genotypen (Allelkombinationen) und Phänotypen (durch die Allelkombinationen bedingte
Merkmalskombinationen)
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Prinzip der
Divergenz
Ch. Darwin, 1859: „Denn man muss sich erinnern, dass die
Konkurrenz gewöhnlich am häufigsten zwischen solchen Formen
ist, die einander in Organisation, Konstitution und Lebensweise
am nächsten stehen; so wird ein Streben vorhanden sein, die am
weitesten verschiedenen Nachkommen einer jeden Art zu erhalten“
Rekombination
bei der sexuellen Fortpflanzung auftretende, zufällige Neukombination von Allelen (genetische Rekombination); man unterscheidet
zwischen: intrachromosomalen Rekombination, bei der es während der meiotischen Prophase I zu einem Stückaustausch zwischen väterlichen und mütterlichen homologen Chromosomen
kommt, und der interchromosomalen Rekombination, bei der
während der Meiose ganze mütterliche und väterliche Chromosomen zufällig auf die zwei entstehenden Tochterzellen verteilt
werden
Selektion
lat: sectio = das Auslesen; ein von äußeren hervorgerufenes
(natürliche Selektion) oder menschlich gesteuertes (künstliche
Selektion) Überleben oder Fortpflanzen von unterschiedlichen
Phänotypen
Spezies
siehe Art
Vererbung
in der Biologie à Vererbung von Erbgut; Weitergabe von körperlichen (äußeren) oder inneren Merkmalen wie Begabung, Anfälligkeit, Erbkrankheiten von Generation zu Generation; Lebewesen
vererben ihr Erbgut entweder durch ungeschlechtliche Vermehrung oder durch geschlechtliche Fortpflanzung
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Impressum:
autosomal-dominanter Erbgang (Kopiervorlagen): de.wikipedia.org/wiki/Autosomaldominanter_Erbgang; Urheber: Kuebi (=Armin Kübelbeck)
autosomal-rezessiver Erbgang (Kopiervorlagen): de.wikipedia.org/wiki/Rezessiv;
Urheber: Kuebi (=Armin Kübelbeck)
Karyogram (Kopiervorlagen): de.wikipedia.org/wiki; Urheber: Hoffmeier
Karyogramm Hintergrund (Interaktive): National Human Genome Research Institute,
http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio1c_large.gif
Mukoviszidose Auswirkungen (Interaktive): nach: en.wikipedia.org; Maen K Abu
Househ
Mutationen: Katzenschreisyndrom (Abbildungen): Paola Cerruti Mainardi. Cri du
Chat syndrome. Orphanet Journal of Rare Diseases. 1, 33. 2006.
(http://www.ojrd.com/content/1/1/33)
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