Genetik: Grundlagen und Anwendungen

Das Zentrale Dogma der Biologie

Zellen speichern ihre genetischen Informationen in Form von DNA. Die Befehle der DNA werden jedoch nicht direkt ausgeführt, sondern über einen Vermittler, die RNA, weitergeleitet. Die RNA wird aus der DNA hergestellt und verlässt den Zellkern ins Zytoplasma, wo ihre Botschaft von Ribosomen gelesen wird, um Proteine zu synthetisieren. So wird der Befehl ausgeführt.

Der Informationsfluss in der Biologie lässt sich wie folgt zusammenfassen:

• Replikation: DNA wird kopiert.
• Transkription: DNA wird in RNA umgeschrieben.
• Translation: RNA wird in Proteine (Enzyme) übersetzt.

Die Botschaft der DNA liegt in der Abfolge von vier Nukleotiden, die sich zu langen Ketten verbinden: Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G).

Ein Gen ist ein spezifisches Stück DNA mit einer Sequenz dieser vier Basen, das transkribiert und übersetzt wird, um ein Protein oder Enzym zu erzeugen. Wenn ein Gen eine Veränderung in seiner Sequenz erfährt (eine Mutation), können die Folgen sein:

• Vorteilhafte Mutationen

  Manchmal führt eine Mutation in der Sequenz dazu, dass Individuen einen Vorteil gegenüber anderen gewinnen. Dies ist entscheidend für die Evolution, da die natürliche Selektion stärkere Individuen begünstigt.

• Schädliche Mutationen

  Ändert sich die Sequenz des Gens, ist das resultierende Protein defekt und kann seine Funktion nicht erfüllen oder ist sogar schädlich, manchmal tödlich (z.B. Albinismus).

• Neutrale Mutationen

  Diese Mutationen haben keine signifikanten Auswirkungen.

Befruchtung und genetische Ausstattung

Jede Zelle in unserem Körper ist diploid, mit Ausnahme von Gameten oder Keimzellen, die haploid sind und deren Vereinigung die Zygote und später den Embryo bildet. Dies ist möglich, weil Gameten aus Stammzellen durch eine spezielle Art der Zellteilung, die Meiose genannt wird, entstehen. Die Meiose weist zwei Hauptmerkmale auf:

1. Eine diploide Stammzelle führt zu vier haploiden Tochterzellen, den Keimzellen.
2. Während dieses Prozesses findet eine Paarung und ein Austausch von Genen zwischen homologen Chromosomen statt, ein Vorgang, der Crossing-over oder Chiasmenbildung genannt wird. Dies führt dazu, dass ein Chromosom Gene von Vater und Mutter enthält.

Crossing-over oder Chiasmen machen die Gameten vielfältiger. Je mehr Crossing-over stattfinden, desto größer ist die genetische Vielfalt der Nachkommen.

Transgene Pflanzen: Vor- und Nachteile

Die Einführung von DNA-Stücken von außen in Samen (transgene Pflanzen) hat Vor- und Nachteile:

• Vorteile

  Wir können Samen entwickeln, die Pflanzen mit vorteilhaften Eigenschaften hervorbringen, wie zum Beispiel Pflanzen, die weniger Wasser benötigen, eine kürzere Wachstumsperiode haben oder drastisch höhere Ernteerträge liefern.

• Nachteile

  Obwohl noch nicht abschließend bewiesen, befürchten einige, dass es langfristige Auswirkungen auf die Gesundheit haben könnte. Bisher gibt es jedoch keine eindeutigen Belege dafür.

Hybridisierung zwischen transgenen und Wildpflanzen

Es gibt zahlreiche Ursachen für die Hybridisierung zwischen transgenen und Wildpflanzen (d.h. nicht-transgenen Pflanzen). Diese Hybridisierung tritt auf, wenn Insekten und Wind den Pollen genetisch veränderter Pflanzen zu Wildpflanzen derselben Art tragen. Dies führt zur Reproduktion von Wildpflanzen, die die Fremd-DNA des transgenen Saatguts in sich tragen. Langfristig könnte dies zur Verdrängung oder genetischen Veränderung wilder Populationen führen.