Humangenetik und Gentechnik Flashcards
(21 cards)
Mutationen
sprunghafte Änderungen des Erbguts
Gen
Abschnitt der DNA der die Information für ein Protein enthält
Genmutation
- Änderung in der Abfolge der Basen eines Gens
- kann eine Auswirkung auf die Abfolge der AS im Protein haben
- Genmutation ohne Auswirkung = stumme Mutation
Punktmutation
Änderung einer Base/eines Basenpaars
Möglichkeiten der Änderung
- Austauschen einer oder mehrerer Basen
- Addition: Einfügen einer oder mehreres Basen
- Deletion: Entfernung einer oder mehrerer Basen
Arten von Genmutationen
1) Stumme Mutation:
→ Anzahl von Basen bleibt gleich, keine Auswirkung auf die Abfolge der AS im Protein
2) Mis-Sense-Mutation:
→ Anzahl der Basen bleibt gleich, Abfolge der AS im Protein ändert sich
3) Non-Sense-Mutation:
→ Anzahl der Basen ändert sich durch Addition oder Deletion, es kommt zu einer Verschiebung des Leserasters, AS-Abfolge im Protein ändert sich stark
Rot-Grün-Schwäche
- Genmutation
- Gen für Rot-Grün-Unterscheidung liegt am X-Chromosom (XY-Mann, XX-Frau)
- Gen fehlt auf Y-Chromosom
- Ist bei einem Mann eine Anlage defekt, weist er eine Rot-Grün-Schwäche auf
- das defekte Merkmal ist rezessiv
Chromosomenmutationen
- Mutationen welche die Struktur der Chromosomen betreffen
- Deletion: Teil des Chromosoms bricht ab (z.B. Katzenschreisyndrom)
- Inversion: Teil des Chromosoms wird 180° verdreht eingesetzt
- Duplikation: Bruchstück wird im homologen Chromosom eingebaut (ist dort doppelt)
- Translokation: Bruchstück wird im nicht homologen Chromosom eingebaut
Genommutation
- Veränderung der Chromosomenzahl
- Entstehung:
→ Bei Meiose werden Chromosomen (Anaphase 1) bzw. Chromatiden (Anaphase 2) nicht richtig getrennt - Heterosomenmutationen (X,Y)
- Autosomenmutationen (1-22)
Heterosomenmutationen
- Turner-Syndrom:
→ X0, nur X vorhanden, Y fehlt
→ lebensfähig, Phänotyp weiblich, unfruchtbar - Triple X:
→ XXX-Chromosom
→ Phänotyp weiblich, fruchtbar, fällt nicht auf - Klinefelter-Syndrom:
→ XXY
→ männlich, Phänotyp unauffällig, keine Spermien - Diplo Y:
→ XYY
→ männlich, unauffällig, überdurchschnittlich groß - andere HS-Mutationen sind nicht lebensfähig
Autosomenmutationen
- Down-Syndrom (Trisomie 21):
→ Chromosom 21 ist drei Mal vorhanden
→ Wahrscheinlichkeit steigt mit Alter der Eltern (70+)
→ schmale Liedspalten, schwächerer Muskeltonus, Einschränkungen in der kognitiven Entwicklung, Fehlbildungen von inneren Organen (Herz)
→ Lebenserwartung früher unter 10, heute über 80 - Trisomie 18 (Edwards-Syndrom):
→ multiple Fehlbildung der inneren Organe
→ Lebenserwartung ein paar Monate
Mutationsauslöser (Mutagene)
- UV-Strahlung
- Radioaktive Strahlung (v.a. Alpha- und Gammastrahlen)
- Nitrosamine (entstehen wenn man Nitrate mit Eiweiß hoch erhitzt)
- Dioxin (entsteht bei Verbrennungsprozessen, z.B. beim Rauchen)
Gentechnik
Anwendung des Wissens über die DNA
- DNA-Vervielfältigung
- DNA-Sequenzierung
- Genübertragung (Transduktion)
- Gendiagnostik und Therapie
- Forensik
PCR (Polymerase Chain Reaction)
- Millionenfache DNA-Vervielfältigung im Reagenzglas
- Ein PCR-Zyklus dauert einige Minuten, nach n PCR-Zyklen => 2^n DNA-Kopien
- Ansatz:
→ Reagenzglas, Wasser, DNA-Probe, Taq-Polymerase (von hitzebeständigem Bakterium), Primer (Startsequenz), Magnesium(Katalysator), Nucleotide
-Ablauf:
→ 94°C - Aufspaltung der DNA (Denaturierung)
→ 60°C - Anlagern der Primer (Hybridisierung)
→ 72°C - Anlagern der Nucleotide = Polymerisation
DNA-Sequenzierung
- PCR, Gelelektrophorese
- Nanoporen-Sequenzierung:
→ künstlich erzeugte Membran wird mit Nanoporen ausgestattet
→ Moleküle können durch Anlegen von Potential durch Nanoporen wandern
→ Unterschiedliche Moleküle => andere Potentialänderung (z.B. Nukleotid mit Adenin ≠ Nukleotid mit Guanin)
→ Detektor kann einzelne Nukleotide eines DNA-Strangs erkennen und notieren
DNA-Fingerprint
- Probe (DNA-Spur) mit PCR vervielfältigen
- DNA mit Enzymen schneiden
- Restriktionsenzyme schneiden an bestimmten Basenabfolgen
- Trennung mit Gelelektrophorese
- Charakteristische Bandenmuster entstehen (Barcode)
- Bei Vaterschaftsausschluss: Hälfte von Vater, Hälfte von Mutter
Gendiagnostik
- Schneiden der DNA mit bestimmten Enzymen and bestimmten Basenabfolgen
- Für bestimmte Erkrankungen ergeben sich charakteristische Bandenmuster
- Chorea Huntington:
→ 40-100 fache Wiederholung von CAG am 4. Chromosom
→ je länger falsche Proteine, desto früher tritt Krankheit auf
→ Proteine lagern sich als Müll im Gehirn ab
→ Gehirnzellen Sterben => zunächst zucken, dann Lähmung
→ Tod meist durch Lähmung der Atemmuskulatur - Nachweis von Infektionskrankheiten möglich (Covid-19)
Genome Editing
- CRISPR CAS-Verfahren:
→ Emanuelle Charpentier und Jennifer Doudna (2015)
→ Gezieltes Herausschneiden und Einfügen von DNA-Abschnitten
→ Antiviraler Abwehrmechanismus von Bakterien mit Hilfe von Enzymen - 3 Arbeitsschritte:
1) Finden:
→ In CRISPR-Abschnitt integrierte Guide-RNA erkennt Ziel (bestimmte Sequenz)
2) Schneiden:
→ Cas9-Protein schneidet DNA an gewünschter Zielsequenz
→ CRISPR und Cas9 werden synthetisch hergestellt
3) Repatieren:
→ Zelleigene Reparatursysteme fügen DNA-Strang wieder zusammen
→ DNA-Bausteine können entfernt, modifiziert oder eingebaut werden
Bsp.: EBS (Blasenbildung der Epidermis)
→ Gentherapie durch Modifizierung der mutierten Gene in den Hautstammzellen
Gentechnik zur Herstellung von Lebensmitteln, Medikamenten,…
- Isolation eines Gens aus Eukaryoten
- Einfügen des Gens in Bakterien-Plasmid
- Einfügen des veränderten Plasmids in ein Bakterium
- Züchten der veränderten Bakterien (in Fermentern)
- Isolieren der Produkte (werden in die Umgebung abgegeben oder verbleiben in Zellen → müssen dann abgetötet werden)
- Herstellung von z.B. Insulin, Chymosin (Teil des Labferments)
- Heute werden an Stelle von Bakterien auch eukaryotische Zellstrukturen verwendet
→ z.B. Eierstöcke des chinesischen Hamsters (CHO-Zellen)
→ mit CHO-Zellen werden u.a. Blutgerinnungsfaktor VIII und EPO (erhöht Anzahl der roten Blutkörperchen) hergestellt
Einsatz in der Pflanzenzucht
a) Übertragung von Genen durch Bakterienplasmide:
→ Erwünschte Gene werden in Bakterienplasmide eingebaut
→ Bestimmte Bakterien können Plasmide auch in Pflanzenzellen einschleusen
b) Direkte Übertragung von DNA:
→ Pflanzenzellen werden mit DNA-Kanone beschossen
→ Kleine Metallkügelchen werden mit DNA bedampft und auf Zellen geschossen
→ Erfolgreiches Einbauen in ca. 1/10000 der Zellen
Einsatz in der Tierzucht
- Gentransfer schwieriger als bei Pflanzen
- Transfer muss in Zygoten oder Stammzellen stattfinden
- Plasmide oder Viren als Vektoren
- Mikroinjektion:
→ Austauschen von Zellkern oder Einbringen von DNA durch feinste Nadel
Bsp.: Klonen
a) Präembryosplitting:
→ Zellen eines Embryos (bis 128 Zellen groß) werden voneinander Getrennt
→ Aus jeder Zelle kann ein eigener Organismus (alle ident) entstehen
b) Klonen durch Kerntransfer:
→ Zellkern wird aus Zygote entfernt und Zellkern eines adulten Tieres eingefügt
→ Stoffe im Plasma bedingen, dass DNA wie in normaler Zygote abgelesen wird
→ Viele Versuche notwendig
→ Probleme bei der Genregulation (z.B. vorzeitiges Altern)
→ 1. geklontes Säugetier => Klonschaf Dolly
