IVF, rekombinante DNA und Vererbungslehre im Überblick

In-vitro-Fertilisation (IVF)

Die In-vitro-Fertilisation ist ein technisches Verfahren der künstlichen Reproduktion, bei dem Eizelle und Spermium im Labor zusammengebracht werden. Die daraus entstehenden Prä-Embryonen werden anschließend in die Gebärmutter der Patientin übertragen.

Die Behandlung kann mit eigenen Eizellen der Frau oder mit gespendeten Eizellen erfolgen. Zunächst wird durch eine hormonelle Behandlung die Eierstockfunktion angeregt, um mehrere Eizellen zu gewinnen. Die Eizellen werden durch eine Punktion entnommen.

Anschließend werden die Eizellen im Labor mit den Spermien in einem Kulturgefäß (Reagenzglas) zusammengebracht. Nicht alle Eizellen werden befruchtet. Bei einer erfolgreichen Befruchtung entstehen zwei Vorkerne (2 Pronuklei), woraus sich eine Zygote entwickelt.

Am dritten Tag wird der Embryotransfer durchgeführt: Die ausgewählten Embryonen werden mithilfe eines Katheters in die Gebärmutterhöhle eingebracht. Vom zweiten bis dritten Tag nach der Punktion bis zur Übertragung kann sich der Embryo weiterentwickeln, bis er sich in der Gebärmutterschleimhaut einnistet und seine Entwicklung normal fortsetzt.

Intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI)

Bei der intrazytoplasmatischen Spermieninjektion wird ein einzelnes, besonders ausgewähltes Spermium mithilfe einer Mikronadel direkt in das Eizellzytoplasma injiziert.

Künstliche Befruchtung

Die künstliche Befruchtung ist die Einführung von Samenzellen, vorab nach einer gesundheitlichen Untersuchung und einer Vereinbarung, in den Uterus der Frau.

Rekombinante DNA

Rekombinante DNA entsteht aus DNA-Fragmenten, die aus verschiedenen DNA-Quellen stammen und miteinander verbunden werden. Die Fragmente werden mithilfe von Restriktionsendonukleasen geschnitten. Diese Enzyme erkennen bestimmte DNA-Sequenzen und schneiden an spezifischen Stellen.

Die resultierenden Fragmente besitzen klebrige Enden (Überhänge), die komplementär zu denen anderer Fragmente aus derselben Restriktionsendonuklease sind. So können Fragmente unterschiedlicher Herkunft verbunden werden, wodurch rekombinante DNA entsteht.

Historische Vererbungstheorien

Pangenesis

Nach der von Darwin vertretenen Theorie der Pangenesis produziert jedes Organ kleine Keimkörperchen, die sogenannten Gemmulae. Diese gelangen über das Blut in die Keimdrüsen und werden so an die Nachkommen weitergegeben. Veränderungen in den Organen würden sich somit durch den Austausch von Gemmulae auf die Nachkommen übertragen.

Keimplasma-Theorie

Die von Weismann entwickelte Keimplasma-Theorie besagt, dass das Keimplasma kontinuierlich weitergegeben wird und unabhängig vom übrigen Körper besteht. Es bestimmt die Bildung des gesamten Körpers, bleibt aber über die Generationen hinweg unverändert. Veränderungen im Körper würden daher nicht an die Nachkommen weitergegeben.

Die Mendelsche Vererbung

Gregor Mendel untersuchte in seinen Experimenten sieben Merkmale der Erbse, etwa die Farbe der Samen, die Form der Samen oder die Blütenfarbe. Dazu kreuzte er reinerbige Pflanzen, die sich in einem Merkmal unterschieden.

• Die Eltern übertragen Erbfaktoren (heute Gene genannt), die in den Keimzellen (Gameten) gespeichert werden. Jedes Individuum erhält je einen Faktor von der Mutter und vom Vater.
• 1. Mendelsche Regel (Uniformitätsregel): Kreuzt man reinerbige Eltern, sind alle Nachkommen der ersten Generation untereinander gleich. Dabei zeigt sich das dominante Merkmal, während das andere rezessiv ist.
• 2. Mendelsche Regel (Spaltungsregel): Die Erbfaktoren trennen sich bei der Bildung der Gameten. Bei der Nachkommenschaft entstehen daraus neue Kombinationen.
• 3. Mendelsche Regel (Unabhängigkeitsregel): Die Merkmale werden unabhängig voneinander vererbt. Diese Regel gilt jedoch nur dann, wenn die betreffenden Gene auf verschiedenen Chromosomen liegen.

Nach-Mendelsche Vererbung

Im Jahr 1900 wurden die Arbeiten Mendels wiederentdeckt. Seine Gesetze wurden anschließend auf Tiere und Pflanzen erweitert. Bald darauf stellte man fest, dass die Erbfaktoren in Strukturen liegen, die in gerader Zahl in allen Körperzellen vorhanden sind, den Chromosomen.

Im Jahr 1916 wurde gezeigt, dass Gene auf Chromosomen liegen. Gene, die auf verschiedenen Chromosomen liegen, werden unabhängig voneinander weitergegeben, während Gene auf demselben Chromosom gemeinsam vererbt werden. Gelegentlich entsteht jedoch durch Rekombination bzw. Crossing-over ein Austausch von Fragmenten zwischen homologen Chromosomen, wodurch ursprünglich getrennte Gene auf demselben Chromosom zusammenkommen können.

Die Anweisungen zum Leben sind im Zellkern gespeichert. Jedes der Chromosomen liegt in zwei Versionen vor, die für dieselben Merkmale unterschiedliche Varianten (Allele) tragen. Auf diesen Chromosomen befinden sich die verschiedenen Gene, die alle Eigenschaften des Organismus bestimmen. Diese erblichen Merkmale, einschließlich der Gene auf den Chromosomen, werden von den Eltern an die Kinder weitergegeben.

Die DNA als Träger der Erbinformation

Im Jahr 1944 zeigte Oswald Avery, dass die DNA und nicht das Protein die genetische Information trägt.