Genetik - The Human Genome Project. Überblick über die Genetik. Die gesamte Erbinformation eines Menschen befindet sich in jedem Zellkern

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1 Genetik - The Human Genome Project Überblick über die Genetik Die gesamte Erbinformation eines Menschen befindet sich in jedem Zellkern seines Körpers. 1

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3 Im Organismus müsssen nun ständig Enzyme u. a. produziert werden, um diesen am Leben zu erhalten. Dazu muß die entsprechende Information aus der DNA ausgelesen werden, damit daraus dann ein Protein synthetisiert werden kann (Transkription). 3

4 Mit seinen zwei Teilen umschließt ein Ribosom die mrna. An seinen zwei Anlegestellen lagern sich die Transfer-RNA an, die die Aminosäuren tragen. 4

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7 Mit diesm Mechanismus können nun alle primär wichtigen Proteine (Enzyme usw.) produziert werden. Ein Gen: Erbinformation für ein Protein Beispiele: 7

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9 Wenn in diesem Mechanismus irgendetwas nicht funktioniert, kann das kritische Folgen für den Organismus haben. Kann z. B. kein körpereigenes Insulin produziert werden, so reden wir von der Krankheit Diabetes. Der Körper kann den durch die Nahrung aufgenommenen Zucker nicht richtig verarbeiten. Dadurch kommt die aldehydsche Wirkung der Zuckermoleküle nachteilig zur Wirkung. Katalogisierung aller menschlichen Gene Das Humangenomprojekt wurde 1990 gestartet und endete Mit der vollständigen Sequenzierung des menschlichen Erbguts erhoffte man sich Fortschritte, was insbesondere die Erforschung von Erbkrankheiten und Krebserkrankungen angeht. Das menschliche Erbgut umfaßt etwa 3 Mrd. Basenpaare. Das entspricht bis Genen. Das Projekt bestand aus einem internationalen Forschungsverbund, der aus öffentlichen Mitteln finanziert wurde. Zu Beginn (OKT 1990, USA) wurde es von James Watson geleitet. Er ging 1992, nachdem er sich mit NIH-Chef Bernadine Healy überworfen hatte. Healy wollte versuchen, Gensequenzen patentieren zu lassen. 9

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11 Zu Beginn nahmen etwa 1000 Wissenschaftler in 40 Ländern teil. Geplant war bis 2005 mit der Sequenzierung fertig zu sein wurden Genkarten für die Chromosomen 21 und Y veröffentlicht. Im Juni 1995 schloß sich Deutschland der Human Genome Organisation an und nahm seine Arbeit ein Jahr darauf auf. Das Deutsche Humangenomprojekt (DHGP) wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung und die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert. Das Projekt bekam 1998 durch die neu gegründete US-Firma Celera private Konkurrenz. Bis 1999 erfolgte die Sequenzierung des Chromosoms

12 2000 wurde das Chromosom 21 vollständig sequenziert, wodurch die Möglichkeiten zur Erforschung der Trisomie 21 wuchsen wurde von beiden Forschungsunternehmen unabhängig die vollständige Sequenzierung des menschlichen Genoms verkündet wurde die endgültig Fertigstellung bekannt gegeben. Das Deutsche Humangenomprojekt beendete erfolgreich im Juni 2004 seine Arbeit. Darauf aufbauend fördert das Bundesministerium fr Bildung und Forschung seit 2001 das Nationale Genomforschungsnetz (NGFN). Im Mittelpunkt der Arbeiten steht die Erforschung der genetischen Ursachen von hufigen Krankheiten. Die Bedeutung aller Gene ist noch nicht bekannt, diese werden jedoch seit 2003 in Folgeprojekten des HGP erforscht. Heute ist es möglich, innerhalb von 8 Tagen das menschliche Genom zu sequenzieren. Sequenzierung Um eine Sequenzierung einer vorliegenden DNA ausführen zu können, muß diese zunächst vervielfältigt werden. Polymerase-Kettenreaktion (PCR) In die Lösung, in der sich die zu kopierende DNA befindet, gibt man Polymerase (Enzym/Katalysator), die Nukleotide, aus denen die neuen Stränge hergestellt werden und die Primer. Die Primer werden vorher chemisch synthetisiert. - Die Lösung wird kurz erhitzt, um die beiden DNA-Stränge zu trennen. - Die Lösung wird wieder abgekühlt, damit die Primer über Wasserstoffbrückenbindungen an die DNA anbinden. - Durch Anhängen von Nukleotiden an den Primer über die Polymerase wird die gesamte Sequenz repliziert. (Ein Zyklus ca. 5 min) 12

13 Methode von Maxam und Gilbert (1977) Die DNA wird entweder am 3 - oder 5 -Ende mit radioaktivem Phosphat markiert. Markierung auch mit Biotin oder Fluorescein möglich. In vier parallelen Arbeitsgängen (4 Basen) werden jeweils alle Nukleotide einer Basensorte entfernt. Der DNA-Strang wird dann an den basenlosen Stellen gepalten. In den vier Arbeitsgängen entstehen verschiedenlange Teile. Ebenfalls durch vier parallele Elektrophoresen werden die Teile nach ihrer Lnge separiert. Durch eine Analyse (Vergleich der 4 Arbeitsgänge) kann man dann basengenau die Basensequenz bestimmen. (heute kaum noch verwendet / gefährliche Chemikalien, schwer automatisierbar) Didesoxymethode nach Sanger: (Sanger u. Coulson 1975) Die Basensequenz eines kurzen Anfangsabschnitts (Primer) muß bekannt sein. Es werden wieder vier Lösungen angesetzt (wegen 4 Basen). In jeder Lösung befinden sich neben den normalen Nukleotiden noch modifizierte Nukleotide der betreffenden Base Didesoxyribonukleotide). Den 13

14 modifizierten Nukleotiden fehlen zwei Sauerstoffatome, so daß es nicht möglich, mit diesem Nekleotid den DNA-Strang zu erweitern. Somit bilden sich Stücke der verschiedensten Längen. Durch eine Elektrophorese werden die verschieden langen Stränge aufgelöst. Modernes Verfahren Hier werden alle vier modifizierte Basen in eine Lsung gegeben. Diese sind durch floureszierende Substanzen markiert. Die vier Basen erscheinen in vier verschiedenen Farben. Diese können mittels eines Lasers bestimmt werden. seq1.jpg 14

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16 Prosequenzierung Kann die Polymerase ein Nukleotid erfolgreich in die Sequenz einbauen, wird über Enzyme (Luziferase) ein Lichtblitz ausgelöst und von einem Detektor erfaßt. Danach werden die Nukleotide aus der Lösung genommen und durch andere ersetzt. Spätestens beim 4. Versuch erhält man jeweils ein Signal. Hybridisierung 16

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