Archiv der Kategorie: Biologie

Regulation der Genaktivität

(aus: Allgemeine Genetik, Werner Gottschalk, 1989)

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Höhere Organismen besitzen in jeder ihrer Zellen Zehntausende von Genen, die für verschiedene Funktionen verantwortlich sind und zu verschiedenen Zeitpunkten der Ontogenese über ihre Enzyme in den Stoffwechsel eingreifen. Gene für die Kontrolle der Meiosis können nicht in Keimpflanzen wirksam werden; Gene, die das Mengenverhältnis von Chlorophyll a : b kontrollieren, können ihre Wirkung nicht im Wurzelsystem entfalten. Die DNA-Menge einer menschlichen Zelle reicht für die Synthese einiger Millionen von Proteinen aus. Wenn alle Gene während aller Stadien der Ontogenese gleichzeitig aktiv wären, würde der gesamte Zellstoffwechsel zusammenbrechen. Eine geregelte Entwicklung, eine Differenzierung von Zelltypen und Organen, kann nur stattfinden, wenn die in allen Zellen gleichartig vorhandene genetische Information in einer streng geordneten Weise Verwendung findet. Es kann in bestimmten Entwicklungsphasen des Organismus stets nur ein kleiner Teil aller Gene aktiv sein, während die Mehrzahl in inaktiver Form vorliegt. Dies gilt nicht nur für Eukaryoten, sondern auch für Prokaryoten. Auch die mehr als 3000 Gene des Genoms von E. coli sind nicht gleichzeitig aktiv. Die Zelle muss folglich ein Steuerungssystem besitzen, das für die Aktivierung bzw. Inaktivierung der Gene sorgt.

Aus methodischen Gründen ist das Problem der Regulierung der Gen-aktivität bevorzugt an Mikro-organismen, vornehmlich am Bakterium E. coli, bearbeitet worden. Die hierbei gewonnenen Einsichten sind am Pilz Aspergillus nidulans bestätigt worden. Bei höheren Pflanzen und Tieren liegen auf diesem Sektor nur wenige Befunde vor.

Regulationsvorgänge bei Prokaryoten

Wir haben bisher stets vom Gen allgemein gesprochen und haben hierunter ein Element des Genoms verstanden, das für die Realisierung eines Merkmals im weitesten Sinne dieses Begriffs verantwortlich ist. Wenn wir die Regulation der Genaktivität diskutieren wollen, können wir den Genbegriff nicht mehr in dieser allgemeingültigen Breite verwenden. Wir müssen vielmehr zwischen verschiedenen Gruppen von Genen unterscheiden, die während der ontogenetischen Entwicklung des Organismus prinzipiell unterschiedliche Funktionen haben. Diese Unterschiede beziehen sich nicht auf die Ausprägung verschiedener Merkmale, sondern auf die Genfunktion an sich. Das von JACOB u. MONOD (Francois Jacob, Jacques Monod; Nobelpreis 1965) zu Beginn der 60er Jahre entwickelte Modell erklärt zelluläre Regulationsvorgänge auf der Ebene der Transkription (Abb.).

operon_modell_genregulation(F. Neubeck, 2002)

Hierbei unterscheidet man zwischen Struktur- und Regulator-Genen. Die Struktur-Gene sind für die Synthese spezifischer Polypeptide verantwortlich, die die vielfältigen Biosynthesen in der Zelle als Enzyme katalysieren. Ihr Wirkungsmechanismus ist bei der Besprechung von Transkription und Translation abgeleitet worden … .
Bei den Bakterien und Viren liegen die für eine Biosynthese notwendigen Struktur-Gene als Cluster zusammen, das als Operon bezeichnet wird. Es stellt eine Transkriptionseinheit dar: Alle Gene des Operons werden gemeinsam transkribiert und anschließend translatiert. Bei Salmonella sind z. B. 9 Nachbargene für die Synthese der Aminosäure Histidin verantwortlich. Ähnliche Verhältnisse liegen bei den Gengruppen vor, die die Threonin- und Isoleucin-Synthese dieses Bakteriums steuern. Zum Operon gehören noch zwei Komponenten mit regulatorischer Funktion, der Operator und der Promoter. Der Promoter ist derjenige DNA-Abschnitt, der von der RNA-Polymerase als spezifische Binde- und StartsteIle für die Transkription der Struktur-Gene erkannt wird und am Anfang des Operons sitzt. Neben ihm liegt der Operator.

Die Aktivität der Operons wird von den Regulator-Genen kontrolliert. In räumlicher Beziehung gehören sie nicht zu den Operons, für deren Regulation sie verantwortlich sind. Sie erzeugen bestimmte Proteine, sogenannte Repressoren, die bei der Regulation der Genaktivität eine Schlüsselstellung einnehmen. Sie lagern sich an den Operator an und verhindern dadurch die Anheftung der RNA-Polymerase an den Promoter. Dadurch wird die Transkription der Struktur-Gene blockiert, und das Operon kann nicht arbeiten. Die Inaktivierung kann dadurch aufgehoben werden, dass der Repressor seinerseits inaktiviert wird. Verantwortlich hierfür sind Induktor-Moleküle. Dies sind Proteine, die die sterische Konfiguration des Repressors verändern. Als Folge hiervon passt er nicht mehr auf den Operator und löst sich von ihm ab. Dadurch wird die Hemmung des Operators aufgehoben:
Das Operon kann aktiv werden und seine Proteine synthetisieren. Die Regulator-Gene sind also in der Lage, den Wirkungsmechanismus der Struktur-Gene in Gang zu setzen oder zu blockieren.

Regulationsvorgänge bei Eukaryoten

Nach der Publizierung des an Bakterien erarbeiteten Jacob-Monod- schen Modells der Genregulation war man zunächst der Meinung, man könne dieses Modell auf breiter Basis auf die Eukaryoten übertragen. Dies scheint jedoch nicht der Fall zu sein. Die Eukaryoten-Zelle ist wesentlich komplizierter organisiert als die Prokaryoten-Zelle. Dies gilt nicht nur im Hinblick auf ihre innere Organi-sation, wobei die Kompartimentierung von erheblicher Bedeutung sein dürfte, sondern es gilt darüber hinaus auch für verschiedene Differenzierungsformen von Zellen in Organen unter-schiedlicher Funktion. Sie besitzen gegenüber der Prokaryoten-Zelle die 1.000-10.000fache DNA-Menge und erfordern offenbar auch andere Regulationsmechanismen. Für Zellen
unterschiedlicher Funktion sind unter-schiedliche Muster von aktiven und inaktiven Genen anzunehmen. Die bei den Prokaryoten weit verbreiteten Operons sind schon in den Genomen niederer Eukaryoten offenbar nicht oder nur in sehr geringem Maße vorhanden. Für die Hefe ist ein Operon bekannt, das die Gene für den Abbau der Galactose enthält. Bei den Pilzen liegen Gene verwandter Funktion i.a. nicht als Cluster beieinander, sie sind vielmehr über das ganze Genom verstreut. Einige Ausnahmen hiervon sind bei Neurospora bekannt. Wegen der hohen Genzahl muss jedoch angenommen werden, dass nicht jedes Gen einzeln gesteuert werden kann, sondern dass auch hier ganze Gen-gruppen gleichzeitig an- oder abgeschaltet werden. Insgesamt liegen über diese Vorgänge jedoch erst wenige Befunde vor.

(aus: Allgemeine Genetik, Werner Gottschalk, 1989)

 

Muttis Tunte, Papas Lesbe

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Wie werden Menschen homosexuell? Eine neue Theorie soll das
Rätsel der gleichgeschlechtlichen Liebe klären.
VON Ulrich Bahnsen | 07. März 2013 – 07:00 Uhr
Im Base_camp in der Berliner Mittelstraße sitzt Matthias Seilinger* vor einem Latte
macchiato und sieht ziemlich schwul aus: Jeans und Stoppelbart, ein grün-rot klein
gemustertes Hemd und darüber eine Weste aus demselben Stoff. »Nein«, er lacht, er hätte
kein Problem damit, wenn der Eindruck stimmen würde. Doch Seilinger, 40, ist verheiratet
– mit einer Frau – und heterosexuell. Das allerdings war schon mal ein Problem für ihn.
Seilinger, ein Kunsthistoriker aus Österreich, hat zwei homosexuelle Cousins,
eine lesbische Cousine, und auch sein Bruder ist schwul. Nicht die gesamte
Verwandtschaft goutierte es, als er sich zur Heterosexualität bekannte. Gegenüber der
gleichgeschlechtlichen Übermacht– »4:3 in meiner Generation« – habe er sich geradezu
rechtfertigen müssen. »Zwischen meinen älteren Cousins ist mir meine Heterosexualität in
der Pubertät schwergefallen«, berichtet er. »Wenn die Minderheit zur Mehrheit wird, dann
muss auf einmal der Hetero auf Toleranz hoffen. Ist das nicht spannend?« …

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Der große Zusammenhang

Man sollte ab und zu einmal den Keller durchstöbern, es finden sich interessante Dinge: u.a. eine während meines Biologiestudiums angefertigte Übersicht über den Energie- und Baustoffwechsel des Menschen (in Vorbereitung der Biochemieprüfung).

3′- und 5′-Ende

Warum gibt es ein 3′- und ein 5′-Ende bei den beiden gegenläufigen Einzelsträngen (Polynukleotidsträngen) der DNA-Doppelhelix? Die Antwort liegt in der Bezeichnung der C-Atome in den Nukleotidmolekülen bzw. genauer in den Deoxyribosemolekülen. Nachfolgendes Bild zeigt ein Nukleotid mit der Kennzeichnung der einzelnen C-Atome (mit 1′ bis 5′):

Wie zu sehen, ist am C-Atom 1 die entsprechende organische Base gebunden.
Der Phosphatrest sitzt am C-Atom 5 der Ribose und stellt die Verbindung zum C-Atom 3 der nächsten Ribose her (nächste Abbildung).

Über die Wasserstoffbrückenbindungen sind schlussendlich die beiden Einzelstränge miteinander verbunden (zwei Wasserstoffverbindungen zwischen Adenin und Thymin bzw. drei Verbindungen zwischen Guanin und Cytosin):

Bei der Replikation wird dann auch die Bedeutung der Gegenläufigkeit der beiden Einzelstränge bzw. deren unterschiedliche 3′-5′-Richtung in der Doppelhelix deutlich: beide Stränge werden zwar nahezu zeitgleich synthetisiert, ein Strang wächst in 5′-3′-Richtung, während der andere aber in 3′-5′-Richtung vervollständigt wird. (siehe nachfolgende Abbildung)

 

Erbgutforschung – eine Chronologie

Die Erbgutforschung von Mendel bis Venter

Die Genforschung ist noch keine 150 Jahre alt, hat sich aber rasant entwickelt. Die Übersicht zeigt wichtige Meilensteine der Genforschung und Biotechnik.

  • 1865 – Der österreichische Augustinermönch Gregor Mendel beweist in Versuchen die Gesetze der Vererbung, was kaum beachtet wird.
  • 1869 – Der Schweizer Pathologe Friedrich Miescher entdeckt in Fischspermien und anderem biologischen Material die Nukleinsäuren.
  • 1900 – Unabhängig voneinander entdecken drei Forscher – der Deutsche Correns, der Österreicher Tschermak und der Niederländer de Vries die Mendelschen Gesetze wieder. De Vries berichtet 1901 erstmals über Mutationen.
  • 1953 – Der amerikanische Biologe James Watson und der englische Physiker Francis Crick beschreiben die Struktur Desoxyribonukleinsäure (DNS) als doppelsträngiges Molekül (Doppelhelix).
  • 1973 – Forscher produzieren das erste gentechnisch veränderte Bakterium
  • 1977 – Amerikanische Wissenschaftler schleusen erstmals genetische Informationen aus menschlichen Zellen in Bakterien ein.
  • 1978 – In Großbritannien wird das erste Retortenbaby geboren. Es ist durch künstliche Befruchtung (In-vitro-Fertilisation) gezeugt worden.
  • 1982 – Das erste gentechnisch hergestellte Medikament (Insulin) kommt in den USA auf den Markt.
  • 1988 – In den USA wird mit der „Krebsmaus“, in deren Erbsubstanz ein menschliches Krebsgen eingeschleust wurde, erstmals auf ein genmanipuliertes Tier ein Patent erteilt.
  • 1989 – Die Übertragung fremder Gene in menschliche Körperzellen mittels Viren ist in den USA erstmals gelungen.
  • 1990 – Offizieller Start des staatlich finanzierten, internationalen Humangenomprojekts (HGP) zur Entschlüsselung des menschlichen Erbguts
  • 1990 – Verabschiedung des deutschen Embryonenschutzgesetzes. Es verbietet die künstliche Veränderung menschlicher Keimbahnzellen (Ei- und Samenzellen).
  • 1997 – Durch das schottische Klonschaf „Dolly“ wird erneut die Diskussion um das exakte Kopieren von Menschen entfacht.
  • 2000 – Am 26. Juni präsentieren der US-Genetiker und Unternehmer Craig Venter und das staatliche Human-Genom-Projekt eine grobe Karte des menschlichen Erbguts.
  • 2001 – Craig Venter und das Humangenomprojekt veröffentlichen eine detailliertere Fassung des menschlichen Erbguts.

Struktur des Chromatins

… verändert nach Buselmaier/Tariverdian „Humangenetik“ 1991:

Aufbau eines Chromosoms

Wie ist die DNA in Chromosomen verpackt?

Zwei gegenläufige DNA-Moleküle bilden eine Doppelhelix. Das Chromatin besteht aus einer spezies-spezifischen Anzahl solcher DNA-Doppelstränge. Das Chromatin wird während der Mitose im Lichtmikroskop in verdichteter Form als Chromosomen sichtbar (Abb. 1).

Abbildung 1 (Metaphasechromosom des Chinesischen Hamsters)

 

Einzelne eukaryontische Chromosomen sind im Interphasekern nicht sichtbar. Die DNA-Fäden besitzen einen Durchmesser von 20Å-30Å und eine durchschnittliche Länge von 5 cm in einem menschlichen Chromosom. Würde man alle menschlichen Chromosomen aneinanderreihen und lang ausgestreckt messen, so ergäbe dies einen Faden von ca. 2 m Länge. Bei einem Kerndurchmesser von ca. 5 µm muss also ein starkes Ordnungsprinzip existieren.

Isoliert man das Chromatin aus Zellkernen und untersucht es chemisch, so findet man neben DNA (und einer kleinen Menge RNA) zwei Hauptklassen von Proteinen:

•             fünf verschiedene Typen von basischen Histonen (H1, H2A, H2B, H3, und H4) und

•             eine heterogene Gruppe von Nicht-Histonproteinen,

die z.B. eine Anzahl von Enzymen enthält. Die Histone sind für die strukturelle Organisation der Chromosomen offenbar die wichtigere Gruppe von Proteinen. Sie enthalten viele basische Aminosäuren und haben daher durch ihre positive Ladung eine hohe Affinität zur negativen Ladung der DNA. Dabei bilden die Histone H2A, H2B, H3 und H4 an den Polen abgeflachte Proteinkugeln, Oktamere aus den Dimeren der vier verschiedenen Histone. Jede Proteinkugel ist von dem DNA-Faden mit 1,8 Linkswindungen, was 146 Basenpaaren entspricht, umwickelt. Man bezeichnet einen solchen Komplex als Nukleosomencore. Der fünfte Typ von Histon, H1, ist außerhalb dieser Nukleosomen-coren gelagert und mit DNA variierender Länge (15-100 Basenpaare) assoziiert. Diese DNA verbindet ein Nukleosom mit dem anderen und wird somit als Linker-DNA bezeichnet. Fortlaufende Einheiten von ca. 200 Basenpaaren bilden die Nukleosomen-Fiber mit einem Durchmesser von 100Å.

Auch die H1-Histone verkürzen den DNA-Faden weiter, indem mit ihrer Hilfe mehrere Nukleosomen helikal aufgedreht werden. Dies führt zu einer Verkürzung um das 40fache. Diese Struktur wird als Elementarflbrille bezeichnet, hat eine Dicke von 300Å und wird durch Schleifenbildung nochmals um das 20fache verkürzt. Eine weitere Aufwindung im Metaphasechromosom führt schließlich zu einem 20 000stel der ursprünglichen Länge des DNA-Fadens (Abb. 2 und Abb. 3).

Abbildung 2 (Struktur des Chromatins)

Abbildung 2 (Organisation der DNA im Metaphasechromosom)

Zusammenfassend lässt sich also festhalten, dass die DNA-Doppelhelix in den Chromosomen in mehrfach verdrillter Form vorliegt. Die genetische Information eines Organismus ist also auf verschiedene Verpackungseinheiten verteilt. Jede Verpackungseinheit enthält eine große Zahl von funktionellen Informationseinheiten, weiche als Gene bezeichnet werden. Die

Gene liegen in einer linearen Anordnung im Chromosom vor. Jedes Chromosom ist die Kopplungsgruppe für die in ihm befindlichen Gene. Gene, die auf großen Chromosomen weit voneinander entfernt liegen, werden so vererbt, als ob sie nicht gekoppelt wären, da sie normalerweise immer durch Crossing-over-Prozesse getrennt werden. Man spricht dann von Syntänie.

Der Artikel auch als Download.

 

 

© F. Neubeck 2013

Zellteilung einmal anders

Die Zelle bzw. den Zellkern vergleichen wir einmal mit einem Klassenzimmer, in dem sich natürlich Chromosomen, also Schüler befinden. Nur sind dies keine normalen Schüler. Aber wer kann von sich schon behaupten, er sei normal!  Jeder Schüler ist eigentlich ein siamesisches Zwillingspaar (sind an einer Stelle ihres Körpers miteinander verbunden), wobei jeder Zwilling … weiterlesen

Die Sprache des Lebens

Vor genau 55 Jahren offenbarte sich zwei jungen Forschern die Struktur des Erbmoleküls DNS. Es war zugleich Geburtsstunde einer neuen Wissenschaft vom Leben und Startschuss zum Eingriff in die Schöpfung. Doch nun wird sich die Zunft der Genforscher zunehmend ihrer Grenzen bewusst.

Was sich wirklich an jenem 28. Februar in der Cambridger Kneipe „Eagle“ zugetragen hat, wird sich wohl nie klären lassen. Der Nachwelt wird nur die Version jenes Samstags in Erinnerung bleiben, die James Watson in die Welt gesetzt hat.

Mittags gegen eins stapften seinem Bericht zufolge zwei junge Männer heftig mit den Armen rudernd aus der Kälte in ihr Stammlokal. Beide wirkten sehr erregt. Dennoch schienen den Jüngeren der beiden, einen schlaksigen, etwas schüchternen 24-jährigen Amerikaner, die allzu großmäuligen Reden des Älteren zu genieren.

Der redete, wie meistens, zu laut, zu schnell und viel zu viel. Mit dröhnender Stimme fabulierte er irgendetwas von Basenpaaren, Nukleinsäuren und Vererbung. Vor allem aber verkündete er jedem, der es nicht wissen wollte: „Gerade haben wir das Rätsel des Lebens geknackt.“

Ob Francis Crick damals tatsächlich schon die volle Bedeutung der Entdeckung begriffen hatte … weiterlesen

Ein Hoch auf die Kopie

Ein Hoch auf die Kopie

Ian Wilmut, Schöpfer des Klonschafs Dolly, erhält einen der angesehensten deutschen Forschungspreise. Jetzt will er Menschenzellen klonen. Das ist in Deutschland verboten. Im Gespräch verteidigt der britische Forscher die Versuche

DIE ZEIT: Gratulation zum Paul Ehrlich-Preis, einem klassischen Vorläufer zum Nobelpreis. Waren Sie schon einmal für Stockholm nominiert?

Ian Wilmut: Ich bin sehr erfreut und stolz, den Preis zu erhalten. Ob ich in Stockholm jemals vorgeschlagen wurde – das weiß ich nicht.

ZEIT: Ihr jüngstes Projekt, Klonen menschlicher Zellen zu Forschungszwecken, wäre in Deutschland verboten. Der Paul-Ehrlich-Preis wird zur Hälfte vom Bundesgesundheitsministerium finanziert. Das hat bereits Proteste ausgelöst.

Wilmut: Ach ja? In meiner Festvorlesung werde ich darlegen, warum diese Forschung sinnvoll ist.

ZEIT: Was sind Ihre wichtigsten Argumente?

Wilmut: Die Übertragung von Zellkernen durch Klonen ermöglicht es, Erbkrankheiten auf eine Weise zu studieren, die sonst nie möglich wäre.

ZEIT: Worin besteht diese Einzigartigkeit?

Wilmut: Bei einer familiär bedingten Krankheit können Sie die Veranlagung auf den geklonten Embryo übertragen, auf die Stammzellen und Zellkulturen, die sich aus ihm gewinnen lassen. So können wir im Labor kranke Zellen viel gründlicher studieren, als es je an Patienten möglich wäre. Wir wollen Motoneuronen studieren, jene motorischen Nervenzellen, die Muskeln steuern und deren Ausfall zu Lähmungen führt. Die Krankheit heißt ALS, Amytrophe Lateralsklerose.

ZEIT: Die ALS, an der auch der Physiker Stephen Hawking und der Maler Jörg Immendorff leiden, ist eher selten. Rechtfertigt solche Forschung das Opfern von Embryonen?

Wilmut: Neben der ALS gibt es viele Erbkrankheiten, die sich mit der Klontechnik genauer erforschen ließen. Die fundamentalen ethischen Differenzen beim Forschungsklonen beruhen auf unterschiedlichen Ansichten zum Embryonenschutz. Für mich sind Bewusstseins- und Erkenntnisfähigkeit zentrale Elemente des Menschseins, die sich erst nach vielen Schwangerschaftswochen ausbilden können. Die Embryonen, die wir nutzen, sind noch winzig, kleiner als ein Sandkorn, und haben sicher noch kein Bewusstsein.

ZEIT: In Deutschland sind Embryonen von Beginn an streng geschützt, Forschungsklonen ist verboten. Werden die hiesigen Stammzellforscher dadurch langfristig ins Hintertreffen geraten?

Wilmut: Natürlich. Dies betrifft nicht nur Deutschland, sondern mehrere europäische Staaten. Der Wettbewerb ist allerdings weniger innereuropäisch, sondern global. Um da zu bestehen, müssten wir Europäer uns gemeinsam anstrengen.

ZEIT: Um das Milliardenprogramm in Kalifornien oder die intensive Forschung etwa in Singapur oder Korea parieren zu können?

Wilmut: Genau. Allerdings glaube ich keineswegs, alle müssten das Gleiche tun und denken wie wir in Großbritannien. Ich werde in Frankfurt unsere Auffassung erklären, erwarte aber nicht, dass jeder zustimmt. Zu diesen ethischen Fragen gibt es unterschiedliche Positionen, darüber muss jedes Land selbst entscheiden.

ZEIT: Ein zentraler Kritikpunkt am Klonen sind die hohen Risiken von Fehl- und Missbildungen durch diese Technik.

Wilmut: Korrekt. Deshalb bin ich auch strikt gegen das reproduktive Klonen, das Zeugen von Menschen auf diesem Wege.

ZEIT: Laut Paul Ehrlich-Stiftung ist noch unklar, ob Dollys früher Tod mit dem Klonen zusammenhing, in der Presse heißt es oft, Dolly war ein vorzeitiges Opfer des Klonens. Was stimmt nun?

Wilmut: Dolly ist nicht an Spätfolgen des Klonens gestorben, sondern an einem von Viren bedingten Lungentumor.

ZEIT: Gesunde geklonte Tiere sind jedoch die Ausnahme. Gilt das nicht auch für die menschlichen Klonzellen, an denen Sie forschen wollen?

Wilmut: Deshalb werden wir sorgfältig darauf achten, wie normal die Zellen sind, die wir beforschen.

ZEIT: Der kritische Punkt beim Klonen ist eine Neuprogrammierung des Erbgutes von erwachsenen Wesen auf einen embryonalen Zustand. Wie wollen Sie dies bei Ihren Experimenten gewährleisten?

Wilmut: Das lässt sich nicht absolut sicherstellen. Darum werden wir auch sehr genau prüfen, ob eventuelle Folgen des Klonens unsere Ergebnisse verfälschen könnten.

ZEIT: Wie soll das gelingen?

Wilmut: Durch Vergleiche. Wir kennen bereits ein Gen, das für etwa zwei Prozent der ALS-Fälle verantwortlich ist. Wenn wir dieses Gen in geklonte Stammzellen einführen, können wir schauen, ob es sich dort anders verhält als in normalen, ungeklonten Zellen. Mit solchen Methoden können wir etwaige störende Einflüsse durch das Klonen prüfen.

ZEIT: Das Projekt der ehemaligen »Dolly-Firma« PPL-Therapeutics, aus der Milch geklonter Schafe wertvolle Eiweißmedikamente zu gewinnen, ist gescheitert. Woran lag es?

Wilmut: Hauptsächlich an wirtschaftlichen Faktoren, die ich nicht beurteilen kann, weil ich kein Wirtschaftsfachmann bin. Die Technik als solche ist okay und wird weiter verfolgt, in den USA werden entsprechende Medikamente klinisch getestet.

ZEIT: In welchen Bereichen sehen Sie eine wachsende Bedeutung des Klonens?

Wilmut: Erstens im bereits erwähnten Studium von Erbkrankheiten. Zweitens bei präzisen genetischen Veränderungen in Tieren. Das Klonen ist der einzige Weg, genau definierte Genvarianten in Tiere einzuschleusen. So kann man die Rolle einzelner Gene studieren – mit einer Fülle von Anwendungsmöglichkeiten. Sei es um Krankheiten besser zu verstehen oder um Merkmale zu verändern, etwa die Immunität gegen Krankheiten. Oder um menschliche Antikörper aus Rindern zu gewinnen, wie derzeit in den USA. Die Antikörper könnten dann zur Therapie oder zur Diagnostik dienen.

ZEIT: Es gab hochfliegende Hoffnungen, künftig Hochleistungskühe und -pferde oder sonstige Nutztiere zu klonen, aber auch die Schmusekatze oder den Hund. Die Lotterie des Klonens hat jedoch viele Enttäuschungen verursacht. Experten warnen sogar, der Charakter eines Lieblingshundes lasse sich gar nicht klonen. Stimmt das?

Wilmut: Bei der derzeitigen Technik ja. Erschwerend kommt hinzu, dass Charakterzüge nicht nur genetisch geprägt sind, die Verschiedenheit eineiiger Zwillinge zeigt das. Die jetzige Technik ist noch zu ineffizient für einen breiten Einsatz in der Tierzucht. Werden die Schäden und Risiken jedoch minimiert, dann spricht prinzipiell nichts gegen eine Verbreitung des Klonens in der Landwirtschaft. In der Pflanzenzucht ist es schließlich längst Praxis.

ZEIT: Wie ließe sich die Zuverlässigkeit der Klontechnik prinzipiell steigern?

Wilmut: Hauptsächlich durch Vorbehandeln der Spenderzelle, aber auch der Eizelle, um die Neuprogrammierung der alten DNA zu verbessern.

ZEIT: Und wo könnte das Klonen wichtige Fortschritte bringen?

Wilmut: Das Verfahren ist zu schwierig und zu teuer, um etwa sehr viele Patienten mit Zellen aus geklonten Embryonen behandeln zu können. Ich glaube, der wichtigste Fortschritt ist eine Veränderung des Denkens. Dolly hat das Vorurteil widerlegt, die Funktion erwachsener DNA sei festgeschrieben. Irgendwann werden wir lernen, sie gezielt zu verändern. Dann wird man etwa Parkinsonpatienten Blutzellen entnehmen und diese verjüngen auf einen regenerationsfähigen Status, der nicht unbedingt bis zum Embryo zurückreichen muss.

ZEIT: Dann wäre Klonen nur eine Lernphase, aber für die Therapie künftig entbehrlich?

Wilmut: Ja, das gilt für die Humanmedizin.

Das Gespräch führte Hans Schuh                                                  (c) DIE ZEIT 10.03.2005 Nr.11

Menschliches Genom (fast) entschlüsselt

Menschliches Genom (fast) entschlüsselt!

Am 12. Februar 2001 veröffentlichten die Wissenschaftler des Human Genome Projects (HGP) und der amerikanischen Biotech-Firma Celera Genomics ihre Arbeiten zur Erforschung des menschlichen Genoms. Die Forschergruppen aus den USA, Großbritannien, Deutschland, Frankreich, Japan und China, die zum HGP gehören, veröffentlichten ihre Ergebnisse im Wissenschaftsmagazin „Nature“. Die Erkenntnisse der Wissenschaftler von Celera Genomics, allen voran Craig Venter, sind im US-Fachmagazin „Science“ nachzulesen.

Beide Forschergruppen hatten sich zuvor ein technisch hochgerüstetes Wettrennen um die Entschlüsselung geliefert und eine grobe Karte des über drei Milliarden Bausteine umfassenden Erbguts bereits im vergangenem Jahr vorgestellt. Nun präsentieren sie gleichzeitig weitere Erkenntnisse:

  • Venter schätzt die Zahl der menschlichen Gene auf 26.000 bis 39.000. Das Human-Genom-Projekt geht von 30.000 bis 40.000 aus. Zuvor waren 100.000 oder gar 140.000 geschätzt worden. Damit sind es nur wenig mehr Gene, als die Fruchtfliege (rund 17.000) oder ein einfacher Wurm (rund 18.000) besitzen. Aus den komplizierter aufgebauten menschlichen Genen gehen allerdings mehr Proteine hervor als bei diesen niederen Tieren.
  • Jeder Mensch hat 99,99 Prozent seiner Erbanlagen mit anderen Menschen gemein, schreibt das Team um Craig Venter im Fachjournal „Science“. Dabei machen Merkmale wie die Hautfarbe so gut wie keinen Unterschied aus.
  • Ein großer Teil der Mutationen (Genveränderungen) tritt bei der Entstehung von Samenzellen auf. Die Mutationsrate ist dabei etwa doppelt so hoch wie beim Entstehen der Eizellen von Frauen (HGP).
  • Ein Viertel des Genoms besteht aus „Wüsten“, in denen keine oder nur sehr wenige Gene liegen, die zudem nur sehr selten abgelesen werden. Die HGP-Forscher sprechen davon, dass nur zwei Prozent des menschlichen Genoms „aktiv“ Proteine zur Steuerung der Körperfunktionen bildet. Andererseits haben die Forscher so genannte Hot Spots ausgemacht. Dort liegen zahlreiche besonders aktive Gene.
  • 223 Gene des Menschen sind denen von Bakterien ähnlich. Sie sind wahrscheinlich im Laufe der Evolution von den Vorfahren des Menschen aufgenommen worden und bis heute erhalten geblieben (HGP).
  • Mehr als ein Drittel der DNS (35,3 Prozent) besteht aus so genannten repetitiven Sequenzen (Celera). Laut HGP ist es sogar fast die Hälfte (45 Prozent). Dort wird eine immer gleiche Abfolge von verschiedenen Bausteinen der Erbsubstanz wiederholt, über den genauen Sinn streiten die Forscher.

Die britische Wissenschaftszeitschrift „Nature“ wollte die Ergebnisse am Montag weltweit zeitgleich in mehreren Hauptstädten vorstellen und am 15. Februar publizieren. „Nature“ will 160 Seiten seiner neuesten Ausgabe den Erkenntnissen der Genetik widmen, davon allein 60 Seiten der Sequenzierung des Humangenoms.

Die Darstellung des Gesamtgenoms besitzt allerdings einen erheblichen Umfang, vergleichbar mit 1000 Büchern zu 100 Seiten, ist im Internet zugänglich und wird dort ständig aktualisiert. Das US-Fachmagazin „Science“ hatte für Montagabend eine Pressekonferenz in Washington angekündigt.