Genetik

Die Entdeckung der Gene und der Beginn der mächtigsten Technologie, Gentechnologie

Inhaltsverzeichnis

Das Wichtigste in der Übersicht:

  • Mutationen entstehen durch Replikationsfehler der Zelle oder durch Mutagene (z.B. Strahlung)
  • die DNA ist der Träger von Genen und damit von Erbinformationen, sie gibt uns bestimmte Stoffwechselwege vor
  • durch epigenetische Regulationsfaktoren, wie Umwelteinflüsse, lässt sich die DNA beeinflussen, indem Gene hoch oder runter reguliert werden (de-, oder aktiviert werden)
  • Viren und Bakterien können ihr Erbgut in andere Organismen integrieren
  • die Züchtung und Domestizierung von Pflanzen und Tieren ist nicht mit natürlich entstandenen Organismen (durch Evolution) gleichzusetzen
  • Urpflanzen waren nicht genießbar, hatten kaum Ertrag und teilweise sogar giftig
  • mehr als 3.000 pflanzliche Lebensmittel, die wir heute konsumieren können, sind durch Mutationszüchtung entstanden

 

DNA – mehr als nur eine steife Information

So ziemlich jeder weiß, dass wir eine Erbinformation besitzen und dass sie beispielsweise unser äußeres Erscheinungsbild prägt. In der DNA sind alle Daten enthalten, die dich zu dem Menschen machen, der du bist. Das ist aber noch lange nicht alles, denn so steif ist unsere Information nicht.
Wir glaubten eine lange Zeit, das 90% unserer DNA Müll sind, das kann doch nicht richtig sein oder?

Die Umwelt, die Erziehung deiner Eltern, die Nahrungsmittel…. Jeder Stoffe mit dem wir interagieren prägt und formt unsere Erbinformation.
Das alles und die 90% „Müll“-DNA fließen mit in die Epigenetik ein, damit sind gerade mal gut 10% unserer DNA maßgeblich für unsere äußere Erscheinung verantwortlich. Im Nachhinein ist es gar nicht so verwunderlich, denn Jede Zelle in unserem Körper hat dieselben Erbinformationen.

Trotzdem haben wir unterschiedliche Zelltypen, die unterschiedliche Aufgaben übernehmen und komplett verschiedene Stoffe produzieren. Wie kann aus einer Zelle mit der gleichen Information plötzlich etwas anderes werden?
Durch geschickte und präzise Steuerung der Gene. Die Epigenetik ist dafür verantwortlich unsere Gene ein- und auszuschalten, einen Stoffwechselprozess zu aktivieren und auch zu bestimmen welche Zelle wo hingehört.

Umweltfaktoren sind maßgeblich an unserem gesamten Entwicklungsprozess beteiligt und formen unsere Intelligenz, den Charakter und unsere Gesundheit. Die Gene spielen bei diesen komplexen Themen nur eine untergeordnete Rolle. Dieses ständige Wechselspiel macht unser Erbgut noch viel komplexer, als es so schon ist. Dieses Gebiet wird gerade auf Hochtouren erforscht.
Schon jetzt konnte in Tierversuchen gezeigt werden, dass genau diese epigenetischen Mechanismen dafür verantwortlich sind, Informationen zu übertragen, die nicht in Genen enthalten sind.

Die nicht codierten 90% des Erbguts wurden unter anderem mit dem Gedächtnis der Zelle in Verbindung gebracht.

 

Wie die Züchtung alles verändert

Obwohl wir schon seit ca. 12.000 Jahren unsere Kulturpflanzen und Nutztiere züchten, sind erst 1865 die ersten Vererbungsregeln entdeckt und beschreiben worden. Damit hat der Augustiner Mönch Gregor Johann Mendel den Weg für die Genetik freigemacht, denn er war der erste, der die Erbinformationen beschrieb. Außerdem verdanken wir ihm die Vererbungsregeln, die wir erfolgreich bis heute anwenden.
Es wusste noch niemand, dass sich dahinter unsere DNA versteckt.

Mendel erkannt aber, dass nicht alle Gene gleichwertig weitergegeben werden und dadurch bestimmte äußere Merkmale ausprägen werden. Als er eine grüne Bohne mit einer gelben Bohne kreuzte, waren alle Nachkommen einheitlich gefärbt, sie waren alle gelb. Er nannte es Uniformitätsgesetz, die erste Generation in einer Züchtung sieht also immer gleich aus.
Dieser Effekt tritt auf, weil in diesem Beispiel das grüne Gen (rezessiv) vom gelben Gen (dominant)  unterdrückt wird.
Nach dieser und weiteren Regeln züchten wir bis heute sehr erfolgreich.

Dennoch sollten wir uns bei den konventionellen Methoden, sowie bei den gentechnischen die Frage nach der „Natürlichkeit“  stellen.
Ohne uns Menschen würden sehr viele Nutz- und Kulturpflanzen sowie Tiere gar nicht existieren. Durch gezielte Züchtung schufen wir die unterschiedlichsten Gemüse und Obstsorten, die nichts mehr mit der ursprünglichen, von “Mutter Natur“ gegebenen Version zu tun haben. Die Urbanane sowie viele andere Pflanzen waren früher kaum genießbar oder aber voller Körner, sodass sie kaum Fruchtfleisch enthielten.

Die Domestizierung der Tiere brachte unter anderem den besten Freund des Menschen hervor, den Hund. Weil es bei dieser Züchtung um körperliche Merkmahle geht, wurden viele Rassen regelrecht kaputt gezüchtet. Manche sehen zwar schön aus, wurden jedoch bis zur Behinderung gezüchtet. Teilweise ist das Erbgut voller Fehler, sodass die Tiere ein gestörtes Immunsystem haben, Geistig eingeschränkt sind, oder sogar anfälliger für Krankheiten sind.

Dies gilt natürlich nicht für alle Rassen aber leider für einige. Das beste Beispiel für eine überzüchtete Art ist der Mops.
Dieses Tier würde niemals durch einen evolutionsbedingten, in der Natur ablaufenden Prozess entstehen. Wieso?
Weil dieses Tier nicht in der Lage ist vernünftig zu Atmen und damit auch unfähig ist zu jagen. Es ist ohne den Menschen hilflos und nicht überlebensfähig, was alles andere ist als natürlich ist.
All unsere Nutztiere sind auf ähnliche Art und Weise entstanden.

Heutzutage wird bei seriösen Züchtern jedoch ein Zuchtbuch geführt, um Inzucht zu verhindern.
Gerade Inzucht verringert den Genpool innerhalb einer Art, weil so immer die gleichen Informationen hin und her gekreuzt werden. Dadurch können sich im Gen enthaltende Fehler manifestieren und ausprägen.

Es sind die kleinen Unterschiede des Erbgutes innerhalb einer Art, welche die Art gegenüber Umwelteinflüssen anpassungsfähig und damit überlebensfähig machen.

 

Mutationen als treibende Kraft der Evolution

In der Natur entstehen neue Arten durch Jahrzehnte bis Jahrhunderte lange Anpassung an die Umweltbedingungen oder durch Mutationen.

Mutationen sind ein ganz natürliches und alltäglich aufkommendes Ereignis, vor dem wir uns nicht schützen können. Das kling vielleicht erstmal ganz schön Angsteinflößend, ist aber gar nicht mal so schlimm.
Sie entstehen durch Gifte, Radioaktive Strahlung und tatsächlich auch durch einfache Fehler in der Zellteilung. Wir sind alleine durch die Sonne einer gefährlichen, Mutagen wirkenden Strahlung ausgesetzt, der UV-Strahlung.

Sie dringt tief in unsere Epitelzellen ein und kann dort das Erbgut schädigen. Bei einem Sonnenbrand ist genau das passiert. Natürlich fangen die Zellen sofort an die Schäden zu reparieren, ist der Schaden jedoch zu groß, begehen sie Selbstmord. Denn wenn der Schaden zu groß ist, ist die Gefahr hoch, dass Krebs entsteht.
Auch Genussmittel wie Zigaretten und Alkohol sind mutagene. Wissenschaftler gehen davon aus, dass ca 1000 Zellen bei jeder Zigarette mutieren, weshalb es kein Wunder ist, dass Raucher häufiger Lungenkrebs haben.

Doch es muss nicht immer gleich ein heftiger Eingriff sein, auch kleine, zufällige Mutationen, bei denen nur eine Base wegfällt, ausgetauscht wir oder hinzukommt, können einen großen Effekt haben.
Durch die Veränderung des Leserasters des genetischen Codes, kann ein Gen kaputt gehen. Wenn man Glück hat passiert aber gar nichts, denn ein Basenaustausch kann auch effektlos bleiben. Da es mehrere Basen Kombinationen gibt, die eine Aminosäure kodieren, kann das ganze unbemerkt passieren.

Wenn beispielsweise die Abfolge GCC Alanin codiert, kann GCA auch Alanin codieren.

Doch manchmal kann eine kleine Mutation wahre Wunder bewirken und einem Individuum Voreile verschaffen. So ist es bei dem Eisbären gewesen, der durch eine kleine Punktmutation plötzlich ein weißes Fell bekam. Weil er in kalten Regionen besser getarnt ist als seine bräunlichen Mitstreiter, war er im Vorteil und fand mehr Nahrung. Er setzte sich Artgenossen gegenüber durch und verbreitete seine Gene. Wenig später verdräng er seine einstigen Verwanden und konnte in noch kältere Regionen vordringen.

 

Konventionelle Züchtung Mutagenese

Zwar haben wir viele unserer Pflanzen durch Kreuzungszüchtung hergestellt, doch irgendwann gingen uns die passenden Wildformen aus.

Damit wir zu den heutigen Arten kommen, mussten wir noch drastischere Maßnahmen ergreifen. Weil Mutationen an sich die treibende Kraft sind und damit auch positive Veränderungen einhergehen können, kam die Idee der Mutationszüchtung.
Hierbei werden Pflanzen mit radioaktiven Substanzen oder Chemikalien behandelt, die das Erbgut massiv schädigen. Dabei entstehenden tausende von nicht registrierten und unerwünschten Mutationen. Ein Haufen von unnützen Pflanzen, wird vernichtet.
Lediglich die Pflanzen, welche die gewünschten Ergebnisse brachten wurden für die weitere Züchtung  verwendetet.

Wenn beispielsweise bei einer Maispflanze die Größe verringern werden soll, um sie widerstandsfähiger gegen Windbruch zu machen, wird die Mutante ausgesucht, die möglichst wenig neben Mutationen hat, jedoch die gewünschte Größe erreicht. Nun muss in mehreren Schritten zurück gezüchtet werden, weil nur die Information mit der Größe gewünscht ist. Alle anderen entstandenen Mutationen sollen aus dem Erbgut fliegen. Dafür sind mehrere Generationen notwendig und leider ist es fast unmöglich nur noch die Information der Größe zu behalten.

Es werden immer mehrerer Mutationen mit in die neu entstandene Art hineingebracht, die teilweise gar nicht erfasst werden. Diese Mutationen können schlimmstenfalls sogar negative Auswirkungen haben. Dennoch ist diese Art der Züchtung eine anerkannte konventionelle Art, die nicht gekennzeichnet werden muss. Sie zählt auch nicht zur Gentechnik, weil keine „fremden“ Gene eingetragen werden.
Dennoch entstehen hierbei Mutanten, die nichts mit der Natur zu tun haben.

Nach diesem Prinzip sind fast alle der ca. 3000 essbaren Pflanzen entstanden, die wir heute in unserem Supermarkt kaufen können.
Nahrungsmittel, die auf diese Weise entstanden sind, dürfen sogar das Bio, Öko oder Demeter Zertifikat bekommen.

 

Viren und Bakterien als natürliche Gentechniker

Wir können uns aber auch auf komplett andere Art verändern und mutieren. Krankheitserreger wie Viren und Bakterien sind in der Lage ihr eigenes Erbgut in unserer Zelle zu schleusen. Im schlimmsten Fall schneiden Viren ihr Erbgut zu unserem hinzu, was einem gentechnischen Eingriff sehr nahe kommt. Wir haben „fremde Information“ dazu bekommen, weshalb unsere Zelle anfängt Viruspartikel herzustellen. Es werden meist so viel Viren produziert, bis die Wirtszelle platzt und alle Viren freigibt. Dadurch wird eine Immunreaktion ausgelöst und wir bekommen Erkältungssymptome.

Manche Viren sind auch in der Lage verstecken in unseren Genen zu schlummern und erst wieder auszubrechen, wenn unser Immunsystem gerade sowieso geschwächt ist. Herpes ist eins diese Vierenarten. Das eigenartige dabei ist, dass Viren per Definition keine eigenständigen Lebewesen sind, weil sie lediglich aus Erbgut und Proteinen bestehen. Sie fangen erst an zu „leben“ wenn sie eine Zelle befallen haben.

Das bekannteste Beispiel bei den Bakterien ist das Agrobakterium, welches sich in einigen Pflanzen einnistet. Dort angekommen schleust es eine Ringförmige DNA ein, weile in den Pflanzenzellen abgelesen wird. Das Bakterium macht Gebrauch von dem Stoffwechsel der Pflanze und klaut regelrecht Nährstoffe.

 

Fremde Gene sind gar nicht so fremd

Oft wird in der Züchtung und Gentechnik von fremden Genen gesprochen, dabei hält die Natur offensichtlich nicht viel von Artgrenzen und schleust gerne mal „fremde“ Gene ein.
Außerdem besitzen alle Organismen den gleichen identischen Code. Alle Organismen benutzen die DNA als Informationsquelle und codieren mit denselben Basen dieselben Aminosäuren, der Code ist universell.

Genau deswegen hat der Mensch so unglaublich viele Gemeinsamkeiten mit seinem nächsten Verwanden, den Schimpansen. Ganze 98,5% der Gene sind ähnlich. Natürlich ist die Reihenfolge und die Aktivierung durch die Epigenetik eine andere, weshalb wir auch so unterschiedlich sind. Dennoch ist es erstaunlich, dass lediglich 1.5% dafür verantwortlich sind, dass wir so unterschiedlich sind.
Wir Menschen hingegen ähneln uns alle zu ca. 99%, wenn wir die Geschlechtschromosomen außen vor lassen.
Wenn wir sie aber mit einberechnen, sind männliche Menschen sogar genetisch enger mit den männlichen Schimpansen verwand, als die Weibchen der jeweiligen Seite. Erstaunlich oder?

Tatsächlich haben wir sogar 32% der Gene mit dem Hefepilz gemeinsam. Und als Wissenschaftler versuchten menschliches Erbgut in die Hefezelle zu transferieren, nahm die Hefe unsere DNA erstaunlicher Weise sehr gut auf. Darüber hinaus hat sie ohne Probleme die Informationen abgelesen die sie kannte und sogar einige, die neu waren.

Dieses Experiment zeigte, dass die Informationen der einzelnen Organismen nicht immer unbedingt fremd sind.

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