Humangenetik Übersicht
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Basiswissen | Skripte ◮ Genetik | Humangenetik | Gendiagnostik Skript Humangenetik Gendiagnostik Übersicht © 1 Einleitung 1 2 Amniozentese (= Fruchtwasseruntersuchung) 2 3 Chorionzottenbiopsie 2 4 Genetische Beratung 3 5 Karyogramm 4 6 Nabelschnurpunktion (= Chordozentese) 5 7 Neugeborenenscreening 6 8 Serologische Tests 6 9 Sonographie (= Ultraschalluntersuchung) 7 Karlsruhe 2014 | SchulLV | Melissa Käß Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Genetik | Humangenetik | Gendiagnostik Skript 1 Einleitung Im Skript „Genkrankheiten“ haben wir dir einige Erbkrankheiten vorgestellt. Bereits während der Schwangerschaft und kurz nach der Geburt des Kindes können genetische Test durchgeführt werden, anhand derer man frühzeitig erkennt, ob ein Kind an einer Erbkrankheit leidet. Diese genetischen Untersuchungen werden unter dem Begriff Gendiagnostik zusammengefasst. Auf Grund- a lage des Untersuchungsergebnisses können entsprechende Behandlungsmethoden frühzeitig mit den Eltern besprochen werden. Eine möglichst uneingeschränkte Entwicklung des Kindes soll dadurch gewährleistet werden. Die genetische Untersuchung ist in Deutschland über das Gendiagnostikgesetz streng geregelt. Pränatale Untersuchungen sind ausschließlich zu medizinischen Untersuchungszwecken zugelassen. Der vertrauliche Umgang mit den entnommenen Proben und den erhobenen Daten ist im Gesetz verankert. Ein Ziel des Gen- b diagnostikgesetz ist es die Selbstbestimmung über Wissen und Nicht-Wissen des Menschen zu bewahren. Gesellschaftliche Diskriminierung Betroffener soll verhindert werden. Damit bildet das Gendiagnostikgesetz eine wichtige Schnittstelle zwischen Biologie und Ethik. In diesem Skript stellen wir dir ausgewählte Methoden zur Früherkennung von Erbkrankheiten vor. c Abb. 1: Von der Eizelle zum Neugeborenen Quelle: wikipedia.org - a: unbekannt (public domain), b: Ed Uthman (CC BY-SA 2.0) c: Pospiech (CC BY-SA 3.0), Bearbeitung: BioLV © Karlsruhe 2014 | SchulLV | Melissa Käß Seite 1/7 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Genetik | Humangenetik | Gendiagnostik 2 Skript Amniozentese (= Fruchtwasseruntersuchung) Die Amniozentese, auch Fruchtwasseruntersuchung genannt, ist Teil der Pränataldiagnostik und wird für schwangere Frauen über 35 Jahren angeboten. Die Untersuchung kann zwischen der 13. und 18. Schwangerschaftswoche durchgeführt werden und dauert in der Regel 5 bis 10 Minuten. Methode: Bei einer Amniozentese wird mit einer sterilen Kanüle über die Bauchdecke der Frau Fruchtwasser aus der Fruchtblase entnommen. Um den Fötus nicht zu verletzen wird zusätzlich mit einer Ultraschallsonde (siehe Kapitel Sonographie) die Position des Fötus bestimmt. Bedeutung: Über die Amniozentese erfolgt die Entnahme von fötalen Zellen, welche sich Fötus: Ein ungeborenes Kind wird ab der 11. Schwangerschaftswoche bis zur 40. Schwangerschaftswoche (Geburt) Fötus genannt. Fruchtblase: Die Fruchtblase bildet eine natürliche Schutzhülle um den Fötus. Sie ist mit Fruchtwasser gefüllt. Pränataldiagnostik: Unter diesem Begriff werden alle Untersuchungen zusammengefasst, die vor der Geburt des Kindes an der Schwangeren oder dem ungeborenen Kind durchgeführt werden. im Fruchtwasser befinden. Diese Zellen wurden durch den Fötus abgestoßen. Damit die entnommenen Zellen sich vermehren, werden sie im Labor kultiviert. Mit Hilfe des FISH-Tests können Genommutationen festgestellt werden. Erbkrankheiten wie Down-Syndrom, Klinefelter, Triple-X-Syndrom oder Turner-Syndrom, können dadurch frühzeitig erkannt werden. Auch andere Entwicklungsfehler des Fötus wie Lippen-Kiefer-Gaumenspalten und Herzfehler können über die Fruchtwasseruntersuchung diagnostiziert werden. Risiken: Eine Amniozentese ist für den Fötus nicht ungefährlich. Mit einer Wahrscheinlichkeit von ≤ 0.5 % kann es nach der Untersuchung zu einer Fehlgeburt kommen. Infektionen und innerliche Blutungen der Frau sind nicht ausgeschlossen. Eine ausführliche Beratung der Schwangeren zu Vor- und Nachteilen einer Amniozentese durch den behandelnden Arzt ist vor einer Amniozentese notwendig. 3 Chorionzottenbiopsie Ähnlich der Amniozentese ist die Chorionzottenbiopsie ein Teil der Pränataldiagnostik. Die Biopsie: Bei einer Biopsie werden zu Untersu- Chorionzottenbiopsie kann ab der 8. Schwangerschaftswoche durchgeführt werden. chungszwecken Gewebeproben aus dem Individuum entnommen. Methode: Jeder Embryo ist von einer Frucht- Nabelschnur: hülle umgeben, in welcher sich auch die Fruchtblase befindet. Die äußerste Schicht der Frucht- Die Nabelschnur ist ein schlauchähnliches Gebilde, das mit Blutgefäßen hülle wird Chorion genannt. Dessen Oberfläche ist durch Ausstülpungen, den Chorionzot- durchzogen ist. Diese transportieren Nährstoffe zum ungeborenen Kind. Ab- ten, vergrößert. Die Chorionzotten enthalten die DNA des Embryos. fallprodukte, die durch den Stoffwechsel des Kindes anfallen, werden durch die Nabelschnur vom Kind weg transportiert. © Karlsruhe 2014 | SchulLV | Melissa Käß Seite 2/7 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Genetik | Humangenetik | Gendiagnostik Skript Bedeutung: Mittels Chorionzottenbiopsie können Chromosomenanomalien des Embryos, wie Embryo: beispielsweise das Fehlen von Chromosomen, bereits zu einem frühen Zeitpunkt der Schwan- zur 10. Schwangerschaftswoche Embryo genannt. gerschaft erkannt werden. Risiken: Es kommt vor, dass die Zellen der Chorionzotten nicht 100 % identisch mit denen des Embryos sind, sodass eine falsche Diagnose gestellt wird. Nach dem Eingriff be- Ein ungeborenes Kind wird ab der 0. bis Plazenta: Über die Nabelschnur ist der Embryo/ Fötus mit der Plazenta (= Mutterkuchen) verbunden. Sie versorgt das ungeborene Kind mit Nährstoffen. steht mit 1.0 - 2.5 % ein erhöhtes Risiko einer Fehlgeburt. 4 Genetische Beratung Sind Erbkrankheiten im engeren Verwandtschaftskreis bekannt oder leidet ein Partner eines Paares mit Kinderwunsch selbst an einer erbliche bedingten Krankheit, kann eine genetische Beratung sinnvoll sein. Dabei wird vom Arzt berechnet, mit welcher Wahrscheinlichkeit das Kind des Paares an der Erbkrankheit erkrankt. Wird bei einer bereits bestehenden Schwangerschaft eine Erbkrankheit des Kindes diagnostiziert, werden die Eltern bei der genetischen Beratung über die Folgen der Krankheit informiert. Das weitere Vorgehen sowie Behandlungsmöglichkeiten vor und nach der Geburt des Kindes werden besprochen. ◮ Heterozygotentest Über den Heterozygotentest kann herausgefunden werden, ob Personen eine genetische Anlage für rezessiv vererbbare Krankheiten haben. Der Ablauf des Heterozygotentests lässt sich anhand der Erbkrankheit Phenylketonurie erklären: Methode: Das Allel A sei die gesunde Ausprägungsform und das Allel a die krankhafte Ausprägungsform. Dabei ist Allel A für die Synthese des Enzyms PhenylalaninHyrdoxylase zuständig. Durch das krankhafte Allel a ist die Produktion der PhenylalaninHyrdoxylase vermindert. Insgesamt liegt bei heterozygoten Trägern Aa das Enzym Phenylalanin-Hyrdoxylase im Körper in geringerer Form vor, als dies bei homozygot gesunden Träger der Form AA der Fall ist. Beim Heterozygotentest bekommt die zu untersuchenden Person eine bestimmte Menge Phenylalanin injiziert. Nach ca. zwei Stunden kann durch einen Bluttest festgestellt werden, wie viel Phenylalanin in dieser Zeit durch die PhenylalaninHyrdoxylase in Tyrosin umgewandelt wurde. Liegt die heterozogote Ausprägung Aa vor, dauert der Abbau des Phenylalanin etwas länger, da weniger Enzyme, die für den Abbau benötigt werden, zur Verfügung stehen. Bedeutung: Sind beide Elternteile heterozygot für die gleiche Erbkrankheit ist die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein Kind der beiden an der Krankheit erkrankt. Um diese Risiko zu erkennen, kann ein Hetrozygotentest durchgeführt werden. Die Eltern können nach Vorlage des Ergebnisses erneut über ihren Kinderwunsch nachdenken. ◮ Stammbaumanalyse Humangenetiker können mit Hilfe einer Stammbaumanalyse die Wahrscheinlichkeit berechnen, mit der ein Kind eines Paares mit Kinderwunsch mit einer Erbkrankheit geboren wird. © Beispiel: Ein Ehepaar hat einen Kinderwunsch und es ist bekannt, dass der Vater der EheKarlsruhe 2014 | SchulLV | Melissa Käß Seite 3/7 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Genetik | Humangenetik | Gendiagnostik Skript frau an Hämophilie erkrankt ist. Nun möchte das Paar wissen, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Kind der beiden auch an Hämophilie erkrankt. Der Humangenetiker kann mit Informationen über das Auftreten der Krankheit einen Familienstammbaum erstellen und erkennt: Es gibt vier verschiedene Ausprägungsmöglichkeiten der Allele. Ein Kind des Ehepaar erkrankt damit mit einer Wahrscheinlichkeit von 25 % an Hämophilie. Bekommt das Paar eine Tochter, wird sie nicht an Hämophilie erkranken. Sie wird aber mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % Konduktorin für das kranke Allel. Bekommt das Paar einen Sohn, wird dieser mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % an Hämophilie erkranken (Abb. 2). Anhand dieser Informationen kann das Paar abwägen, ob sie gemeinsam ein Kind zeugen möchten. 1. Generation XaY Hämophiler XAXA XAY 2. Generation XAY XAXa Konduktorin 3. Generation Xa Y Hämophiler XAY XAXA XAXa Konduktorin XA = Allel A auf dem X-Chromosom Xa = Allel a auf dem X-Chromsom Abb. 2: Beispielhafter Stammbaum bei Hämophilie 5 Karyogramm Der gesamte Chromosomensatz einer Zelle kann über ein Karyogramm dargestellt werden (Abb. 3). Durch ein Karyogramm wird das gesamte Genom (= Erbgut) eines Organismus auf einen Blick sichtbar. Methode: Abbildung 3 zeigt ein menschliches Karyogramm. Jedes Chromosom bekommt eine eigene Nummer zugewiesen und kann im Karyogramm eindeutig identifiziert werden. Homologen Chromosomen haben die gleiche Nummer. Das wird anhand Abbildung 3 deutlich: Immer zwei Chromosomen (erkennbar als längliche Gebilde) sind einer Zahl zugeordnet. Um ein solches Karyogramm zu erhalten, werden die homologen (= gleichartigen) Chromosomen in der Meta-Phase der Mitose isoliert. In dieser Phase haben sie ihre größte Dichte und der typische Chromosomenhabitus ist zu erkennen. Im Karyogramm sind die Chromosomenpaare nach einer bestimmten Ordnungsstruktur sortiert. An erster Stel- © Karlsruhe 2014 | SchulLV | Melissa Käß Seite 4/7 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Genetik | Humangenetik | Gendiagnostik Skript le steht das Chromosomenpaar, das am größten ist. Sind Chromosomenpaare gleich groß, entscheidet die Lage des Centromers, welches Chromosomenpaar als nächstes abgebildet wird. Dabei kann das Centromer mittig des Chromosoms liegen oder eher am oberen bzw. unteren Ende des Chromosoms. Die Chromosomenpaare 1-22 werden Autosomen genannt. Dabei handelt es ich um alle geschlechtsunabhängig Chromosomen. Karoygramme können bereits vor der Geburt (= pränatal) erstellt werden (siehe Amniozentese und Chorionzottenbiopsie). Bedeutung: In der Humangenetik sind Karyogramme wichtige Darstellungsformen, um auf Genkrankheiten schließen zu können. In Abbildung 3 ist deutlich zu erkennen, dass eines der Gonosomen (= Geschlechtchromosomen) fehlt. Das Karyogramm stammt von einer Person mit Turner-Syndrom. Wurde dieser Krankheit vor der Geburt des Kindes festgestellt, können sich Eltern bei einer genetischen Beratung über das weitere Vorgehen, Behandlungsmethoden und Ähnliches informieren. Abb. 3: Menschliches Karyogramm Quelle: wikipedia.org - National Human Genome Research Institute Risiken: Das Erstellen eines Karyogramms birgt keine Risiken. Probleme können allerdings bei der Entnahme der benötigten Zellen auftreten (siehe Amniozentese und Chorionzottenbiopsie). 6 Nabelschnurpunktion (= Chordozentese) Die Nabelschnurpunktion ist Teil der Pränataldiagnostik. Die Durchführung der Nabelschnurpunktion ist ab der 20. Schwangerschaftswoche möglich. Methode: Über die Bauchdecke der werdenden Mutter wird eine Kanüle in die Nabelschnur eingeführt. Aus der Nabelschnur wird Blut des Fötus entnommen. Bedeutung: Mit Hilfe der Nabelschnurpunktion können Chromosomenanomalien festgestellt werden. Da die Punktion erst zur Mitte der Schwangerschaft möglich ist wird sie oftmals genutzt, um die Ergebnisse der zuvor erfolgten Amniozentese oder zu überprüfen. Auch Informationen zur Blutgruppe liefert die Nabelschnurpunktion. Diese Information kann nötig sein, um eine Blutgruppenunverträglichkeit zwischen Mutter und Fötus frühzeitig © Karlsruhe 2014 | SchulLV | Melissa Käß Seite 5/7 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Genetik | Humangenetik | Gendiagnostik Skript zu erkennen. Die Blutgruppenunverträglichkeit kann eine Gefahr für den Fötus darstellen.1 Überdies können Stoffwechsel- und Infektionskrankheiten des Fötus über die Nabelschnurpunktion erkannt werden. Ist es nötig den Fötus bereits im Mutterleib medikamentös zu behandeln, erfolgt die Medikamentenverabreichung ebenfalls über die Nabelschnur. Risiken: Das Risiko einer Fehlgeburt ist nach der Nabelschnurpunktion mit ≤ 1 % leicht erhöht. 7 Neugeborenenscreening Um Stoffwechselkrankheiten und Hormonstörungen rechtzeitig diagnostizieren zu können, wird in Deutschland bei allen Babys kurz nach ihrer Geburt ein so genanntes Neugeborenenscreening durchgeführt. Methode: Dem Neugeborenen werden über die Ferse einige Tropfen Blut entnommen. Diese werden auf eine Untersuchungskarte getropft und an ein medizinisches Labor versandt. Dort werden das Blut aufbereitet und auf die geforderten Krankheiten getestet. Bedeutung: Über das Screening können insgesamt 12 Stoffwechsel- und Hormonerkrankungen diagnostiziert werden (z.B. Phenylketonurie). Sollte eine Stoffwechselkrankheit vorliegen, können sofort entsprechende Behandlungsmethoden folgen. Durch die frühe Behandlung kann gewährleistet werden, dass das Neugeborene ein möglichst uneingeschränktes Leben führen kann. Risiken: Das Neugeborenenscreening birgt wenige Risiken. In seltenen Fällen können Infektion an der Einstichstelle oder Verletzungen des benachbarten Gewebes entstehen. 8 Serologische Tests Die Serologie befasst sich mit dem Nachweis von Antigenen und Antikörpern im Blut. Anhand derer können Krankheiten diagnostiziert werden. Blutuntersuchungen werden im Rahmen der Vorsorgeuntersuchung während der Schwangerschaft durchgeführt. Methode: Die Blutentnahme erfolgt üblicher Weise aus einer Vene, die in der Ellenbeuge der Schwangeren lokalisiert ist. Dabei werden wenige Milliliter Blut entnommen und in Blutentnahmeröhrchen gesammelt. Die Röhrchen werden an ein medizinisches Labor versendet, in welchem das Blut auf die gewünschten Parameter untersucht wird. Die Testergebnisse werden an den behandelnden Arzt übermittelt. Bedeutung: Mit Hilfe der Blutuntersuchungen wird die Schwangere auf Infektionskrankheiten wie Röteln, Syphilis und Hepatitis getestet. Bleiben diese Krankheiten unerkannt, können sie gefährlich für die Schwangere und das Kind werden. Zudem wird die Blutgruppe der Frau ermittelt. Falls sie Trägerin eines negativen Rhesusfaktors ist, können frühzeitig Maßnahmen gegen eine eventuell auftretende Blutgruppenunverträglichkeit zwischen ihr und dem Kind getroffen werden. Mehr Informationen über das Thema Blut findest du im Skript „Blutgruppen“ Risiken: Eine Blutuntersuchung birgt wenige Risiken. In seltenen Fällen können Infektion an der Einstichstelle oder Verletzungen des benachbarten Gewebes entstehen. 1 © Mehr über Blutgruppenunverträglichkeit erfährst du im Skript zum Thema Blutgruppen. Karlsruhe 2014 | SchulLV | Melissa Käß Seite 6/7 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Genetik | Humangenetik | Gendiagnostik Skript 9 Sonographie (= Ultraschalluntersuchung) Die Sonographie, auch Ultraschalluntersuchung genannt, ist Teil der Vorsorgeuntersuchung im Laufe der Schwangerschaft. Methode: Bei der Ultraschalluntersuchung wird über Schallwellen ein 2-D-Bild des Fötus erstellt (Abb. 4). Dafür wird die Bauchdecke der Frau mit einem Gel bestrichen, auf dem eine Ultraschallsonde platziert wird. Die Ultraschallsonde wird auf der Bauchdecke hin und her bewegt, um ein ganzheitliches Bild des Fötus zu erhalten. Die Sonde sendet in kurzen Abständen Schallwellen aus, wodurch Gewebestrukturen sichtbar werden. Das Bild wird direkt auf einen Abb. 4: Ultraschallbild von einem Fötus (9. Schwangerschaftswoche) Quelle: wikipedia.org - Aoineko (CC BY-SA 3.0) Bildschirm übertragen und kann vom behandelnden Arzt gedeutet werden. Bedeutung: Über das Ultraschallbild kann die körperliche Entwicklung des Fötus im Laufe der Schwangerschaft beobachtet werden. Entwicklungsstörungen wie Fehlbildungen können schon im Mutterleib erkannt werden. Außerdem kann die Kindslage im Mutterleib und der voraussichtliche Geburtstermin bestimmt werden. Risiken: Manchmal sind Ultraschallbilder durch ihre geringe Auflösung schwer zu deuten. Falschdiagnosen sind nicht ausgeschlossen. Werden über das Ultraschallbild Auffälligkeiten am Fötus festgestellt, sollten weitere Untersuchungsmethoden zu Rate gezogen werden, um den Befund zu verifizieren. © Karlsruhe 2014 | SchulLV | Melissa Käß Seite 7/7 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net
