Die Welt der Genetik: Von Epigenetik bis Gentechnik und Medizin

Die Welt der Genetik: Grundlagen und Entwicklung

Die Genetik hat es ermöglicht, die Regeln der Entwicklung zu entschlüsseln, wie die Umwandlung einer befruchteten Eizelle in einen erwachsenen Organismus. Zwei spanische Forscher haben geholfen, die genetische Grundlage in diesem Bereich zu etablieren. Eine der Entdeckungen betraf Tiere, die sie zur Erforschung modularer Formen verwendeten: Es wurde entdeckt, dass bestimmte Genabschnitte, die ausschließlich für die Entwicklung von Selektoren zuständig sind, exprimiert werden.

Die Entwicklung eines Organismus beginnt mit der zellulären Multiplikation (Proliferation), die Zellteilung und somit die Replikation seines Genoms erfordert. Anschließend spezialisieren sich die Tochterzellen in verschiedenen Geweben (Differenzierung), was die Regulation der Genexpression erfordert, sodass bestimmte Gene exprimiert werden und andere nicht.

Epigenetik: Jenseits der DNA-Sequenz

Epigenetik ist der Zweig der Genetik, der jene Eigenschaften der DNA eines Individuums untersucht, die nicht durch die Nukleotidsequenz bestimmt sind. Zum Beispiel beeinflusst die Übermittlung der Reihenfolge der DNA-Basen den Grad der Wicklung des Chromatins im Zellkern. Wenn ein DNA-Abschnitt stark aufgewickelt ist, wird die Synthese bestimmter Proteine gehemmt. Zudem lagern sich einige Moleküle an die DNA-Atome an. Dies beeinflusst die Expression einiger Gene und somit die Bildung bestimmter Proteine. Andere Moleküle werden ins Zytoplasma und zu den Zellproteinen aufgenommen und beeinflussen auch die Proteinsynthese am Ribosom.

Biotechnologie und Gentechnik: Werkzeuge der DNA-Manipulation

Die Gentechnik oder Technologien wie die Medizin ermöglichen es, Genotypen zu erhalten, die sonst durch natürliche Selektion verloren gehen würden. Vor 40 Jahren wurde die grundlegende Maschinerie des Lebens und die Gene wieder verstanden. Doch der Tag kam, an dem man die DNA lebender Organismen manipulieren konnte. Daher wurde die Biotechnologie erfunden, insbesondere die Gentechnik als Werkzeug zur DNA-Manipulation.

Wichtige Werkzeuge der Gentechnik:

• Restriktionsenzyme: Diese Enzyme sind fähig, spezifische DNA-Sequenzen zu schneiden.
• Ligasen: Sie können geschnittene DNA-Fragmente wieder miteinander verbinden.
• Plasmide: Kleine, ringförmige DNA-Moleküle, die in lebenden Bakterien als Vektoren oder 'Fahrzeuge' in der Gentechnik verwendet werden. Es wurde entdeckt, wie man Plasmide in Bakterien wie Escherichia coli einführen kann, ein Prozess, der als Transformation bezeichnet wird.

Herbert Boyer und Stanley Cohen führten als Erste genetische Informationen in ein Bakterium ein, das dann menschliche Proteine produzierte.

Anwendungen der Biotechnologie

Dank der Biotechnologie konnte Humaninsulin hergestellt werden. Weitere Produkte sind menschliches Interferon (ein Medikament gegen Sklerose), Wachstumshormon, Lipolase (ein Enzym, das gegen Schmutz wirksam ist) und Chymosin, das zur Käseherstellung verwendet wird.

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine grundlegende Technik in der Genetik, die 1986 von Kary Mullis erfunden wurde. Sie ermöglicht die schnelle Amplifikation von DNA-Proben, d.h., eine merkliche Menge DNA aus einer sehr geringen Ausgangsprobe zu gewinnen.

Stammzellen: Potenzial für die Medizin

Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die sich in verschiedene Gewebearten umwandeln können, z.B. in Herzzellen oder Hautzellen. Arten von Stammzellen sind embryonale Stammzellen, Stammzellen aus der Nabelschnur und induzierte pluripotente Stammzellen.

Viren werden oft als Vektoren verwendet, um genetisches Material in Zellen einzuführen. Ein Beispiel ist das Adeno-assoziierte Virus (AAV), das sich gut als 'Bote' eignet, da seine DNA in die Zelle eindringt und das gewünschte genetische Material liefert.

Gentherapie und Forensische Genetik

Die Gentechnik hat die Entwicklung der molekularen Medizin vorangetrieben, um sehr potente Diagnosemethoden zu entwickeln. Ein wichtiger Bereich ist die Gentherapie, die darauf abzielt, eine endgültige Heilung für Erbkrankheiten zu finden. Dabei wird ein Gen in den Körper des Patienten eingefügt, um Mängel im Genom zu beheben. Dies bedeutet, ein defektes Gen durch ein normales, funktionierendes Gen in den Zellen des Patienten zu ersetzen.

Zudem werden kriminaltechnische Methoden zur Identifizierung und zum Ausschluss von Delinquenten eingesetzt. Diese basieren auf dem Vergleich genetischer Spuren, insbesondere von stark repetitiven Regionen des Genoms, die eine hohe Variabilität zwischen Individuen aufweisen und somit für den Abgleich genutzt werden können. Diese Methoden dienen auch für Vaterschaftstests und zur Identifizierung von Personen.