Genetik

Definition

Die Genetik ist eine Teildisziplin der Biologie, die sich mit Vererbung beschäftigt.

Der wissenschaftliche Gegenstand der Genetik ist die DNA, ihre Organisation in Genen, ihre Veränderung durch Mutationen und ihre Vererbung an die nächste Generation.

Hintergrund

Der biologische Teilbereich der Genetik befasst sich neben der Weitergabe von Genen auch mit der Ausprägung von Merkmalen. Besonders hat sich Gregor Mendel Mitte des 19. Jahrhunderts mit seiner Vererbungslehre hervorgetan

Gen

Bezeichnung der Bausteine jeglichen Lebens auf der Erde. Mehrzahl davon heißt: Gene.

Das Gen ist die Einheit der Vererbung; ein abgegrenzter Abschnitt eines DNA-Moleküls. Seine chemische Struktur, die Reihenfolge der Nukleotidbausteine. Sie enthält eine Information, die von Generation zu Generation weitergegeben wird. Die allermeisten Gene haben die Aufgabe, die Synthese von Proteinen zu steuern.

DNA - (oder: DNS-) Molekül

DNA ist die Kurzbezeichnung für Desoxyribonukleinsäure (gesprochen: Des-oxy-ribo-nukleh-insäure, engl. desoxyribonucleicacid); das ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Nukleinsäuren. Jedes DNA-Molekül ist eine lange Kette aus Einzelbausteinen, den Nukleotiden.

Das DNA-Molekül hat die Form einer Doppelhelix. Einzelne Abschnitte der Kette mit längeren Folgen von Nukleotidpaaren bilden die Gene. Zwischen den Genen liegen lange Bereiche, deren Funktion - falls sie überhaupt eine haben - man nicht kennt.

vier Nukleotide

Die vorkommenden Nukleotide werden bezeichnet mit den Buchstaben ACGT (in den beliebig vielen Abfolgen = Sequenz). Das "Betriebssystem" des Säugetiers Kuh oder Affe läuft mit etwa drei Milliarden Nukleotiden. Beim Menschen sind es auch nicht mehr, nur mit ein ganz klein wenig anderer Sequenz. Warum verwenden Lebewesen nur vier Nukleotide ("Buchstaben") und nicht 26 wie unser Alphabet oder zwei wie unsere Computer? Immerhin hatte das Leben einige Milliarden Jahre Zeit, um etwas Besseres zu finden und auszuprobieren. Es hat aber nichts gefunden. Also muß der Vierer-Code überzeugende Vorteile haben. Auf ihm basiert die Vielfalt des Lebens. Schon bei einer Abfolge aller Sequenzen von 10 000 Nukleotiden gibt es 10 hoch6000 Varianten! Säugetier-DNS ist aber in Wirklichkeit drei Milliarden Nukleotide lang. Die Vielfalt ist also praktisch unendlich groß. Jedenfalls war das Leben mit dem Vierer-Code den unzähligen Wechselfällen der Erdgeschichte bisher recht gut gewachsen und hat damit ganz zuletzt durch die Genetik auch noch das Programm „Mensch" zustande gebracht.

Genetik

Vererbungslehre. Die Genetik beschäftigt sich mit den Mechanismen und Gesetzen der Übertragung von Artmerkmalen von Generation zu Generation und der Umwandlung von Artmerkmalen im Laufe der stammesgeschichtlichen Entwicklung z, B. einer Säugetierart oder einer Pflanze. Alle Nachfahren eines Elternpaares erhalten ein vollständiges Genom; welche Erbanlagen jedoch von der Mutter bzw. vom Vater bei der Entwicklung der Eizelle zum Gesamtkörper stammen, bleibt dem Zufall überlassen.

Vererbung

Die Gesamtheit aller körperlichen und geistig-intellektuellen Eigenschaften, die die beiden Eltern an ihre Nachkommen biologisch weitergeben. Durch die Vereinigung von Ei- und Samenzelle des Elternpaares wird die Vererbung im Kind genetisch (siehe auch Mendel, Vererbungslehre) festgelegt. Die genaue Erforschung der Vererbung wird durch den Umstand erschwert, dass sämtliche Eigenschaften im Genom durch Einwirkungen der Umwelt Veränderungen unterworfen sind, welche sich weitgehend der Kontrolle im Sinne einer Erforschung entziehen.

genetischer Code

Die Beziehung zwischen Genen und den von ihnen festgelegten Eigenschaften; insbesondere die Beziehung zwischen den Genen und den Proteinen oder anderen Substanzen, die sie entstehen lassen. Beim Vergleich mit den Computern sozusagen das Programm, das durch die Gene ausgelöst wird.

Genom, Genotyp

Die genetische Ausstattung eines einzelnen Lebewesens;

Chromosom

In jeder Zelle stecken im Zellkern 46 Chromosomen. In den 23 Chromosomen-Paaren stecken eine Vielzahl von Genen, die den menschlichen Gensatz (das Genom) bilden.

Jedes Chromosom enthält etwa 4400 Gene aus den vier „Buchstaben“ ACGT (in den beliebig vielen Abfolgen). Durch die Fortpflanzung kommt jedes Gen zweimal vor: ein mütterliches und ein väterliches(Vgl. Zellteilung). Die Gene sind in einem sehr langen DNS-Molekül (siehe dort) verschlüsselt, aus dem das Chromosom neben dem Eiweißanteil besteht. Die Nukleotide stellen dabei den genetischen Code dar.

Hugo

Mit Hugo wird das Human-Genom-Projekt-Organisation abgekürzt. Das Internationale Forschungsprojekt zur Identifizierung des menschlichen Gensatzes (Genom) hat 1989 arbeitsteilig begonnen das menschliche Erbgut zu "buchstabiern", manche sagen auch zu entschlüsseln. 1996 hatte es bereits 80% aller Gene per ACGT (in den beliebig vielen Abfolgen) buchstabiert. Das Ergebnis liegt seit 2003 fast zu 100% vor.

Genvergleich Schimpanse-Mensch

In einem weiteren Projekt wurde jetzt herausgefunden, dass das Schimpansen-Genom fast identisch mit dem des Menschen ist. Für Biologen gar nicht überraschend. Der nächste Verwandte des Menschen, der Schimpanse, steht uns wesentlich näher als bisher angenommen. Bis zu 99 Prozent des Erbguts der beiden Arten sind identisch. Ausgerechnet im Gehirn sind die Gen-Unterschiede am geringsten. Das Erbgut ist je nach Berechnungsmodus zu 96 bis 99 Prozent identisch. "Wir haben jetzt eine Art Bauanleitung für unseren nächsten Verwandten", sagte Francis Collins, Direktor des National Human Genome Research Institute der USA, über den Katalog von rund drei Milliarden Gensequenzen des Schimpansen.

Die Studien legen nahe, dass der Unterschied zwischen beiden Arten nur durch das Zusammenspiel zweier Faktoren zustande kommt: die unterschiedliche Nutzung der Gene und Veränderungen im Erbgut. Dass sich Hirnzellen von der genetischen Aktivität her am stärksten ähneln, erklärt man damit, dass sich die Gene im Gehirn weniger schnell ändern als in anderen Organen. Dies gelte nicht nur im Vergleich von Schimpanse und Mensch, sondern auch innerhalb jeder Art.

Die genetischen Unterschiede zwischen Mensch und Schimpanse sind aber zehn Mal so groß wie die Unterschiede zwischen zwei Menschen.

Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler sich auf etwa 40 Millionen Gensequenzen konzentrieren, die bei Menschen und Schimpansen verschieden sind.

Molekularbiologie

Teilbereich der Biologie und Medizin, der sich mit den innerzellulären Mechanismen befaßt; mit biochemischen Vorgängen und dem Aufbau von Organismen auf molekularer Ebene(also den Molekülen = mehrere Atome zusammenhängend) befaßt. Für die Alternskunde z. B. wichtig bei der Frage: Warum sterben die Männer früher bzw. leben kürzer als die Frauen?

Die Molekularbiologie verwendet zahlreiche Methoden, die hier nur genannt werden: Expression rekombinanter Proteine, Hefe-Zwei-Hybrid-System, Klonierung, PCR, Zellkulturen.

Evolutionsbiologie

Die Evolutionsbiologie oder Entwicklungsbiologie versucht zu klären, wie im Prozess der Artenselektion sich bestimmte Gene gegeüber anderen durchgesetzt haben. Unformatierten Text hier einfügen

Gentechnologie

Ganz unterschiedliche Verfahren mit unterschiedlichen Zielen. Z. B:

Tissue engineering

Ersatzteile für den abgenutzten Menschenkörper aus lebenden Zellen im Reagenzglas vorproduzieren und dem Menschen einsetzen.

Literatur

• Benjamin Lewin: Molekularbiologie der Gene. 2002, ISBN 3-8274-1349-4
• H. Frederik Nijhout: Der Kontext macht's! Spektrum der Wissenschaft, April 2005, S. 70 - 77 (2005), ISSN 170-2971
• Wolpert, Lewis; Beddington, Rosa; Brockes, Jeremy; Jessell, Thomas; Lawrence, Peter; Meyerowitz, Elliot: Entwicklungsbiologie 1999 Elsevier/Spektrum Akademischer Verlag. ISBN 3-8274-0494-0

Links

• www.gentechnologiebericht.de - Vermehrte Gen-Untersuchungen vor der Geburt eines Kindes haben in Deutschland bisher nicht zu einer steigenden Zahl von Abtreibungen geführt. Das ist ein Ergebnis des 570 Seiten starkes Gentechnologieberichts, den Wissenschaftler am 7.9.05 in Berlin präsentierten.In der Medizin ist Gentechnologie inzwischen weit verbreitet. Der Bericht, an dem Forscher vier Jahre lang gearbeitet haben, wurde von der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften herausgegeben.
• Management des Human Genome Projects innerhalb des US-amerikanischen National Institute of Health
• Ein interaktiver online Selbstlernkurs: [1]
• Link zum entschlüsselten Genom bei Gutenberg.net
• History of the Human Genome Project (engl.) Eine sehr informative Seite von Wellcome Trust
• Nationales Genomforschungsnetz NGFN
• Spiegel-Artikel, wie die Entschlüsselung ablief. DER SPIEGEL 36/2005 - 05. September 2005