Chromosomenkarten
Das 1988 ins Leben gerufene HUMAN GENOME PROJECT befasste sich unter anderem mit der Identifizierung der menschlichen Gene und der Entschlüsselung ihrer Funktion.
Dazu musste das Genom in kleine Stücke zerlegt und deren Position auf den Chromosomen bestimmt werden. Zur Orientierung im menschlichen Genom wurden zwei verschiedene Chromosomenkarten entwickelt, die genetische und die physikalische Karte.
Genetische Karten liefern Informationen über die relative Lage von Genen, auf der Grundlage, wie häufig sie gemeinsam vererbt werden.
Physikalische Karten lokalisieren Gene auf den Chromosomen in Bezug zu bereits bekannten Nukleotidsequenzen bzw. Genen.
Die Gene als Träger der Erbinformation geben den Forschern bis heute Rätsel auf. Zwar gilt das menschliche Genom (Gesamtheit der Gene) seit April 2003 im Rahmen des Humangenomprojekts (Human Genome Project) als vollständig entschlüsselt – das heißt, die exakte Reihenfolge der Nukleotide ist bekannt –, doch die Bedeutung und Funktion einzelner Sequenzen sind in vielen Fällen noch unklar. Aktuelle Forschungsprojekte widmen sich dieser Entschlüsselung und versuchen vor allem, mithilfe der Proteomforschung der Entstehung von Erbkrankheiten auf die Spur zu kommen, um wirksame Heilverfahren zu entwickeln.
Das Hauptziel des Humangenomprojekts (HUMAN GENOME PROJECT) und der Proteomforschung ist es, die in unserem Erbmaterial, dem sogenannten menschlichen Genom, niedergelegte genetische Information zu entschlüsseln und in allen Einzelheiten des komplizierten Zusammenspiels zu verstehen. Dazu muss die genaue räumliche Anordnung der Gene auf den Chromosomen und deren exakte Nukleotidsequenz bestimmt werden. Die Schwierigkeit dieser Aufgabe lag in der gewaltigen Größe des menschlichen Genoms, das aus 3,2 Milliarden chemischen Bausteinen (Nukleotiden; Kernbasen) mit etwa 20 000 bis 25 000 Genen besteht. Würde jede Kernbase durch einen Buchstaben innerhalb eines Buchs symbolisiert, dann würde das „Buch“ des menschlichen Genoms aus 1 000 Bänden mit jeweils 1 000 Seiten bestehen. Irgendwo in diesem riesigen Meer von Buchstaben wären die Informationen, also Wörter und Sätze bzw. Gene versteckt.
Eine Aufgabe des Humangenomprojekts war es, Instrumente und Techniken zu entwickeln, die eine schnelle und effiziente Identifizierung von bislang unbekannten Genen ermöglichen.
Chromosomenkarten
Das Zurechtfinden in diesem sehr unübersichtlichen „Buch“ des menschlichen Genoms wird jedoch durch sogenannte Chromosomenkarten (Karyogramme) erleichtert. Man erhält diese Chromosomenkarte, indem Chromosomen aus stark vergrößerten Mikrofotos herausgeschnitten und nach Form und Größe geordnet werden. In dieser Chromosomenkarte werden die homologen Chromosomenpaare von 1 bis 22 durchnummeriert und zu sieben Gruppen mit den Kennbuchstaben A bis G zusammengefasst. Diese 44 Chromosomen sind Körperchromosomen (Autosomen). Das 23. Chromosomenpaar sind Geschlechtschromosomen (Gonosomen; XX = weiblich, XY = männlich).
Man unterscheidet zwei verschiedene Arten dieser Orientierungshilfen: die genetischen und die physikalischen Karten des menschlichen Genoms. Ein Chromosom wird identifiziert, indem es durch verschiedenste Techniken in kleine DNA-Abschnitte zerlegt wird.
Die genetischen Karten
Die genetische Karte liefert dann die Informationen über den relativen Ort von kurzen DNA-Abschnitten und anderen Erkennungszeichen auf der Grundlage, wie häufig sie gemeinsam vererbt werden. Kurze DNA-Abschnitte können zwischen verschiedenen Menschen kleine Unterschiede aufweisen und sind mehr oder weniger gleichmäßig über die Chromosomen verteilt. Die beiden Chromosomen eines Chromosomenpaars werden meist nicht als Ganzes auf die nächste Generation vererbt, sondern tauschen mit ihrem Schwesterchromosom Stücke aus. Je näher zwei Orte auf einem Chromosom beieinanderliegen, umso wahrscheinlicher ist es, dass diese während der Zellteilung gemeinsam vererbt werden und nicht einem Austausch mit einem Schwesterchromosom unterliegen.
Für das Beispiel vom „Buch“ des menschlichen Genoms würde das bedeuteten: Beim Zerreißen einer Seite ist es wahrscheinlicher, dass zwei Wörter, die weit voneinander entfernt stehen, getrennt werden, als zwei Wörter, die benachbart sind. Die statistische Häufigkeit, mit der zwei DNA-Abschnitte gemeinsam vererbt werden, dient demnach als Maß für deren relative Entfernung zueinander. Mithilfe der Statistik ist es also häufig möglich, den Abstand von bestimmten Genen zu bekannten DNA-Abschnitten zu bestimmen.
Die physikalischen Karten
Die physikalische Karte kennzeichnet eine echte räumliche, also „physikalische“ Distanz im Gegensatz zu den oben erwähnten statistischen Distanzen. Sie lokalisiert Gene in Bezug zu bekannten Nukleotidsequenzen, welche als Erkennungszeichen auf dem Chromosom fungieren. Ein solches Erkennungszeichen kann z. B. eine Nukleotidsequenz sein, die nur ein einziges Mal im Genom existiert.
Neue Methoden in der Wissen
schaft gefordert
Erst nach der vollständigen Sequenzierung des Genoms kann man sich nun der viel spannenderen Aufgabe der Funktion der Gene zuwenden. Diese gigantische technische Herausforderung erfordert neue Methoden aus der Biologie, Medizin, Physik, Ingenieurs- und Computerwissenschaft, um nur einige zu nennen. Mithilfe der daraus gewonnenen Erkenntnisse könnte es möglich sein, die Ursachen der nahezu 4 000 Erbkrankheiten des Menschen zu erkennen und zu behandeln.
Ähnliche Studien werden auch an der Labormaus (Mus musculus), dem Fadenwurm (Caenorhabditis elegans), der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster), der Hefe (Saccharomyces cerevisiae) und dem Bakterium Escherichia coli durchgeführt. Deren Gene sind uns z. T. ähnlicher, als es das so unterschiedliche Aussehen zunächst vermuten ließe.
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Chromosomenkarte des Menschen
