Das einfachste genetische Experiment, wie man es durchführt. Nazi-Experimente an Menschen. Gentechnisch veränderte Mücken

Nach Mendels drittem Gesetz erfolgt die Trennung zweier verschiedener Allelpaare unabhängig voneinander; Alle möglichen Zygoten für zwei Allelpaare werden durch freie Rekombination gebildet. Bei der Kreuzung von heterozygotem AaBb und homozygotem Aabb entstehen zu gleichen Anteilen vier Individuentypen.

192 3. Formale Humangenetik

Kurz nach der Wiederentdeckung der Mendelschen Gesetze fanden Batson, Sanders und Punnett (1908) eine Ausnahme von dieser Regel in Lathyrus odoratus. Einige Kombinationen traten häufiger auf, andere seltener als erwartet. In einigen Fällen kamen die Elterntypen häufiger bei den Nachkommen vor (in unserem Beispiel ist AB die Vaterpflanze und ab die Mutterpflanze), in anderen Fällen waren es zwei andere Typen, Ab und aB.

Es schien, dass bei jedem Elternteil die Allelgene entweder angezogen oder abgestoßen wurden. Batson et al. schlugen für den ersten Fall den Begriff „Anziehung“ und für den zweiten Fall „Abstoßung“ vor. Morgan (1910) wies darauf hin, dass Anziehung und Abstoßung die Lage zweier Gene auf demselben oder homologen Chromosomen widerspiegeln. Er prägte den Begriff „Kupplung“. Anziehung bedeutet, dass bei einem doppelt heterozygoten Elternteil die Gene A und B auf demselben Chromosom liegen; Abstoßung bedeutet, dass sie auf homologen Chromosomen liegen. Um die Position von Genen anzuzeigen

in den Phasen der Anziehung und Abstoßung werden die Begriffe häufiger verwendet cis Und Trance jeweils. Bei vollständiger Verknüpfung kann es nur zu zwei Arten von Nachkommen kommen. In den meisten Fällen kommen jedoch alle vier Arten vor, obwohl zwei davon in kleineren Mengen vorkommen. Morgan erklärte dieses Phänomen mit dem Austausch chromosomaler Regionen zwischen homologen Chromosomen während des meiotischen Crossing-Over. Er entdeckte auch, dass die Häufigkeit des Crossing-overs vom Abstand zwischen den beiden Genorten auf dem Chromosom abhängt. Mithilfe der Rekombinationsanalyse als Analysewerkzeug gelang es Morgan und seinen Kollegen, eine große Anzahl von Genen in Drosophila zu lokalisieren. Ihre Ergebnisse wurden Anfang der 30er Jahre bestätigt. Geitz, Bauer und Painter entdeckten Riesenchromosomen in einigen Dipteren und verglichen mit indirekten Methoden gewonnene Daten zur Lokalisierung spezifischer Gene mit strukturellen Umlagerungen bestimmter Chromosomen. Seitdem wurden Kopplungsanalysen für eine Vielzahl von Arten durchgeführt.

Zusammenhalt und Assoziation. Manchmal wird davon ausgegangen, dass verknüpfte Gene in einer Population assoziieren sollten, d. h. die Chromosomenkombinationen AB und ab (Anziehung) sollten häufiger vorkommen als die Kombinationen Ab und aB (Abstoßung). Dies ist jedoch bei einer Population mit zufälliger Paarung nicht der Fall. Selbst bei enger Verknüpfung führt eine wiederholte Kreuzung über viele Generationen hinweg zu einer gleichmäßigen Verteilung aller vier Kombinationen AB, ab, Ab, aB in der Population. Die Assoziation genetischer Merkmale weist in der Regel nicht auf eine Verknüpfung hin, sondern hat andere Ursachen.

Es gibt jedoch Ausnahmen von dieser Regel. Einige Kombinationen eng verbundener Gene kommen tatsächlich häufiger vor, als man aufgrund einer gleichmäßigen Verteilung erwarten würde. Dieses „Verbindungsungleichgewicht“ wurde erstmals beim Menschen für Rh-Blutgruppen postuliert (Abschnitt 3.5.4) und für den Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC), insbesondere das HLA-System (Abschnitt 3.5.5), sowie für DNA-Polymorphismen nachgewiesen. Ein Bindungsungleichgewicht hat zwei Ursachen.

1. Die Studienpopulation wurde aus zwei Populationen gebildet, die sich in der Häufigkeit der Allele A, a und B, b unterscheiden, und die seit der Vermischung vergangene Zeit reicht nicht für eine vollständige Randomisierung aus.

2. Hohe Häufigkeit bestimmter Al-

3. Formale Humangenetik 193

Effiziente Kombinationen verknüpfter Gene werden durch natürliche Selektion aufrechterhalten.

Diese Fragen werden im Zusammenhang mit dem MHC-System (Abschnitt 3.5.5) und bei der Diskussion des Zusammenhangs zwischen HLA und verschiedenen Krankheiten (Abschnitt 3.7.3) ausführlicher erörtert.

3.4.2. Verknüpfungsanalyse beim Menschen: die klassische Stammbaummethode

Direkte Prüfung von Stammbäumen. Beim Menschen ist eine Kopplungsanalyse mit klassischen Methoden, die an Drosophila entwickelt wurden, unmöglich, da direkte Kreuzungen unmöglich sind. In manchen Fällen liefert die Stammbaumanalyse einige Informationen. Beispielsweise kann eine Verknüpfung ausgeschlossen werden, wenn eines der Gene auf dem X-Chromosom und das andere auf dem Autosom lokalisiert ist, und umgekehrt kann eine Verknüpfung mit hoher Wahrscheinlichkeit behauptet werden, wenn beide Gene auf dem X-Chromosom lokalisiert sind. Der Nachweis einer Verknüpfung kann in diesem Fall schwierig sein, wenn die Gene weit voneinander entfernt sind und durch Crossover getrennt werden. Dies gilt auch für autosomale Gene. Gene, die sich auf demselben Chromosom befinden, werden aufgerufen Synthetik. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Verbindung in der Familienanalyse formal nachgewiesen werden kann oder nicht. Um Kreuzungen zu erkennen, müssen entweder ein großer Stammbaum oder mehrere kleine Stammbäume untersucht werden. In Abb. 3.23, A Es wird ein Stammbaum angegeben, in dem Farbenblindheit (für die Farben Rot und Grün 30380, 30390) und Hämophilie gleichzeitig vererbt werden. Männliche Geschwister in Risikogruppen weisen entweder beide Merkmale auf oder sind gesund. Gene befinden sich in der Anziehungsphase (bzw cis-Position). Im Stammbaum in Abb. 3.23, B das gegenteilige Bild ist zu beobachten: Hier befinden sich die Gene in der Abstoßungsphase (bzw Trance Position). Im Stammbaum in Abb. 3.23, IN Das Crossing-over muss in der mütterlichen Eizelle zweimal erfolgen. Entweder trägt die Mutter zwei mutierte Allele cis-Position werden sich sowohl der zweite als auch der dritte Sohn als Kreuzungen herausstellen; oder sie hat zwei mutierte Allele Trance-Position, und dann werden der erste und vierte Sohn Crossovers sein. Leider gibt es keine Informationen über das Farbsehen des Großvaters mütterlicherseits, die dieses umstrittene Problem lösen könnten. Mittlerweile gibt es eine sehr detaillierte Karte des menschlichen X-Chromosoms (Abschnitt 3.4.3, Abb. 3.28).

Die Verknüpfung autosomaler Gene kann in einigen Fällen durch eine einfache Überprüfung eines umfangreichen Stammbaums festgestellt werden. In Abb. 3.24, A zeigt einen großen Stammbaum, in dem Huntington-Chorea mit dem DNA-Marker G8 cosegregiert und identifiziert wird Hin dIII-Polymorphismus nach

194 3. Formale Humangenetik

Reis. 3.24 , A. Großer Stammbaum aus Venezuela mit Huntington-Krankheit. A, B, C stellen drei verschiedene „Allele“ eines polymorphen DNA-Markers dar. Das Gen für die Huntington-Krankheit wird zusammen mit dem C-Allel übertragen. Eine Person (angezeigt Pfeil) Ich bin noch nicht krank geworden. Es ist sehr wahrscheinlich, dass diese Frau später krank wird. (Laut Gusella et al.) B. Autosomale Verknüpfung zwischen dem Rh-Locus und der dominanten Elliptozytose (■). Es gibt zwei Überkreuzungen (spezifiziert Pfeile): II. 11 und III.9. In allen anderen Fällen befindet sich das Elliptozytose-Gen in der Anziehungsphase ( cis-Position) mit dem CDe-Haplotyp. N- nicht untersucht. (Lawler, Sandier, Ann. Eugen. 1954.)

3. Formale Humangenetik 195

das entsprechende Fragment des menschlichen Genoms. In diesem Stammbaum werden vier Allelvarianten des G8-Markers vererbt: A, B, C und D. Das Huntington-Gen wird ausnahmslos bei Trägern des C-Allels exprimiert. Nur eine Frau (VI. 5, angegeben Pfeil) Ich bin noch nicht krank geworden. Dies wird wahrscheinlich später passieren. Dieser Stammbaum weist auf eine enge Verknüpfung des Huntington-Chorea-Gens mit dem G8-DNA-Marker hin: Es wurden mehrere Kreuzungen identifiziert, deren Anteil (d. h. der Anteil der Rekombinanten) nicht höher als 4 % war. In Abb. 3.24, B Dargestellt ist ein Stammbaum mit der Trennung von Elliptozytose (ovale Erythrozytenform) und dem Genkomplex des Rhesus-Systems (Rh). Fast alle Familienmitglieder mit Elliptozytose hatten den CDe-Komplex; Es wurden lediglich zwei Ausnahmen identifiziert (II.9; 11.11). Viele nicht betroffene Geschwister hatten andere Kombinationen. Bei der Analyse dieses Stammbaums kann der Schluss gezogen werden, dass ein Zusammenhang zwischen dem Rh-Locus und der Elliptozytose besteht. Diese Schlussfolgerung wird durch andere Stammbäume bestätigt. Diese Beispiele zeigen den Phasentyp der Allele der beiden analysierten Loci (cis- oder Trance-Position) kann in der Regel mit großer Präzision bestimmt werden und Rekombinanten sind relativ einfach zu identifizieren, wenn (mindestens) drei Generationen und viele Geschwister für die Analyse zur Verfügung stehen.

Statistische Analyse. In den meisten Fällen ist die Verknüpfungsanalyse viel schwieriger. Umfangreiche Stammbäume wie in Abb. 3.24 ist nicht die Regel, sondern die Ausnahme. Die meisten Familien bestehen nur aus Eltern und Kindern. In diesem Fall besteht das Problem darin, dass die Verknüpfungsphase normalerweise unbekannt ist: Die doppelte Heterozygote kann AB/ab sein (cis) oder AB/AB (Trance). Wenn Allele in einer Population gleichmäßig verteilt sind, ist zu erwarten, dass beide Typen ungefähr die gleichen Häufigkeiten aufweisen. AB/ab-Individuen bilden im Verhältnis dazu Gameten

Andererseits werden bei einer Ab/aB-Heterozygote Gameten im Verhältnis gebildet

Wenn die beiden angegebenen Typen ungefähr die gleiche Häufigkeit aufweisen, beträgt die durchschnittliche Häufigkeit aller vier Gametentypen in der Population

und alle vier Arten von Gameten treten unabhängig von der Rekombinationswahrscheinlichkeit mit der gleichen Häufigkeit auf 9. Die Verknüpfung führt nicht zu einer Assoziation der Allele A, B oder a, b in einer Population. Es muss ein anderes Verknüpfungskriterium gefunden werden, das nicht von der Phase der Doppelheterozygoten abhängt.

Ein solches Kriterium sollte sich an der Verteilung der Kinder unter Geschwistern orientieren. Bei AB/ab-Ehen ( cis-Position) Die meisten Kinder sollten Allelkombinationen ihrer Eltern haben; Bei Ehen von Ab/aB-Personen (Transposition) werden die meisten Kinder neue Allelkombinationen haben. Wie können wir diese Abweichungen von der gleichmäßigen Verteilung innerhalb von Geschwistern messen und sie nutzen, um eine Verknüpfung herzustellen und die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination zu bestimmen? Bernstein (1931) war der erste, der eine solche Methode vorschlug. Die von Haldane und Smith (1947) und Morton (1955ff) entwickelte „Lod Point“-Methode wird üblicherweise zur Herstellung von Verknüpfungen verwendet. Sein Prinzip ist wie folgt.

Die Wahrscheinlichkeit wird berechnet R 2, dass die verfügbaren Familiendaten dem Fall zweier nicht verknüpfter, frei rekombinierender Gene entsprechen. Die Wahrscheinlichkeit wird auf ähnliche Weise bestimmt P 1, dass die gleichen Familiendaten dem Fall zweier verknüpfter Gene mit einer Rekombinationshäufigkeit von 9 entsprechen. Das Verhältnis dieser beiden Wahrscheinlichkeiten ist das Likelihood-Verhältnis, das die Wahrscheinlichkeit für und gegen die Verknüpfung ausdrückt. Es ist eine Einstellung P 1 ( F/Q )/P 2 ( F/(1 / 2)) muss für jede Familie berechnet werden F.

Angenommen, einer der Ehepartner (Ehemann) hat den Genotyp einer doppelten Heterozygote

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für ein Paar von Allelen A,a und B,b, und das zweite (Frau) ist ein doppelt homozygoter Genotyp für zwei rezessive Allele dieser Gene aa, bb. Lassen Sie außerdem zwei Söhne dieser Familie wie ihr Vater doppelt heterozygot sein, d.h. Sie erbten von ihrem Vater die Allele A und B. Wenn sich Gene unabhängig voneinander trennen, beträgt die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ereignisses 1 / 2 1 / 2 = ¼. Wenn die Gene eng miteinander verbunden sind, kann die Wahrscheinlichkeit eines solchen Stammbaums ohne Kreuzung wie folgt berechnet werden. Gene befinden sich entweder in der AB/ab-Anziehungsphase, in diesem Fall beträgt die Wahrscheinlichkeit einer gemeinsamen Übertragung auf zwei Söhne 1/2 (die Übertragung der ab-Kombination hat ebenfalls eine 1/2-Wahrscheinlichkeit) > oder in der Ab/aB-Abstoßungsphase. In diesem Fall beinhaltet die Übertragung beider dominanter Allele auf einen Sohn das Vorhandensein eines Crossing-Over, d. h. bei enger Kopplung und dem Fehlen eines Crossing-Over ist die Wahrscheinlichkeit einer gemeinsamen Übertragung unter den Bedingungen der Abstoßungsphase 0. Folglich ist die Summe Die Wahrscheinlichkeit der Übertragung der Kombination aB auf beide Söhne ist gleich 1/2 und das Wahrscheinlichkeitsverhältnis ist P 1 /P 2 = (1 / 2)(1 / 4) = 2 zugunsten der engen Kopplung. Auf die gleiche Weise können ähnliche Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für jeden Verknüpfungsgrad berechnet werden.

Der Einfachheit halber wird der Logarithmus des Wahrscheinlichkeitsverhältnisses „Log Odds“ verwendet:

In dieser Formel P( F|Q ) bedeutet die Wahrscheinlichkeit der Familie F, wenn die Rekombinationshäufigkeit 0 ist. Der Vorteil der Verwendung von Logarithmen anstelle der Wahrscheinlichkeiten selbst besteht darin, dass die z i jeder neu untersuchten Familie einfach mit dem vorherigen Ergebnis summiert werden, was für alle untersuchten Familien gilt.

Gleichung (3.3) geht davon aus, dass die Häufigkeit von Rekombinanten bei beiden Geschlechtern gleich ist. Da es bei den Rekombinationsniveaus Geschlechtsunterschiede gibt, gilt dieser Wert für reale Daten z muss für jedes Geschlecht separat berechnet werden:

wobei θ die Rekombinationsfrequenz bei Frauen und θ" bei Männern ist.

Aus der Definition des Likelihood-Verhältnisses folgt, dass mit zunehmendem Zähler die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen einer Verknüpfung steigt. In Logarithmen ausgedrückt bedeutet dies, dass der Wert umso größer ist z, desto besser ist das Vorliegen einer Kopplung gerechtfertigt. Normalerweise lod-point z≥ 3 gilt als Beleg für eine Verknüpfung. Bei der Berechnung der Quoten sind geringfügige Anpassungen für die Dominanz und die Registrierung von Stammbäumen mit seltenen Merkmalen erforderlich, wir werden dieses Thema hier jedoch nicht ansprechen.

Der lod-Score z(θ, θ ") für die gesamte Familienstichprobe ist gleich der Summe der lod-Scores einzelner Familien. Um die Berechnungen zu vereinfachen, können wir in erster Näherung θ = θ " setzen. Sobald die Verknüpfung hergestellt ist, können Geschlechtsunterschiede getestet werden.

Lod-Punkte. Es gibt eine große Anzahl veröffentlichter Lod-Punktetabellen mit den Regeln für deren Anwendung. Bei der Arbeit mit größeren Stammbäumen empfiehlt es sich, den von Ott vorgeschlagenen Algorithmus zu verwenden. In einer idealen Ehe für einen Forscher sollte einer der Ehepartner doppelt heterozygot sein, d. h. heterozygot für zwei verschiedene Gene und der zweite ist homozygot für dieselben Gene. Andererseits gibt es Familien, die keine Informationen liefern, die auf eine Verknüpfung schließen lassen:

a) bei dem keiner der Elternteile doppelt heterozygot ist;

b) bei dem keine Entmischung festgestellt wird;

c) bei dem die Phasen zweier Gene bei den Ehepartnern unbekannt sind und außerdem nur ein Kind vorhanden ist.

Die meisten Kopplungsstudien basieren auf der Analyse entweder zweier genetischer Marker, die in einer Population häufig vorkommen, oder eines gemeinsamen Markers und einer seltenen Erbkrankheit. Günstige Einbaumöglichkeiten

3. Formale Humangenetik 197

Es ist unwahrscheinlich, dass eine Verbindung zwischen zwei seltenen Genen jemals realisiert wird. Der ideale Stammbaum für Kopplungsstudien umfasst drei Generationen und viele Paarungen mit vielen Kindern. Große Geschwister werden in westlichen Ländern immer seltener. Ein alternativer Ansatz besteht darin, eine große Anzahl kleiner Familien zu testen. Obwohl diese Art von Stichprobe in den meisten Fällen nur sehr wenige Verknüpfungsdaten enthält, können bei sehr großen Stichproben manchmal neue Verknüpfungsinformationen aufgedeckt werden.

Das LIPED-Programm ist ein Computerprogramm, das auf der Grundlage aller Stammbaumdaten Maximum-Likelihood-Schätzungen von Verknüpfungsparametern erstellt. Dieses Programm berechnet die wahrscheinlichsten Genotypen der Mitglieder eines Stammbaums und ermittelt anhand dieser Daten den wahrscheinlichsten Wert für die Rekombinationshäufigkeit. Da die Computergeschwindigkeit die manueller Berechnungen bei weitem übertrifft, ist das LIPED-Programm zu einem Standardwerkzeug bei der Untersuchung der Kupplung beim Menschen geworden.

Wie bereits in Abschn. 2.1.2.4 beträgt die Länge der genetischen Karte des menschlichen Genoms etwa 25,8 Morganiden. Wenn wir davon ausgehen, dass das haploide Genom etwa 3,5 × 10 9 Nukleotidpaare enthält, dann entspricht 1 cM ≈ 1,356 × 10 6 Nukleotidpaaren (oder 1356 kb). Allerdings ist die Verteilung der Kreuzungsstellen auf verschiedenen Chromosomen, wie weiter unten erläutert wird, nicht einheitlich.

Sobald die Verknüpfung hergestellt und die Maximum-Likelihood-Schätzung von 9 erreicht wurde, muss das Problem der möglichen Heterogenität dieses Parameters angegangen werden. Wenn beispielsweise eine Verknüpfung zwischen einem polymorphen Marker und einem seltenen dominanten Merkmalsort besteht, kann ein Verknüpfungsheterogenitätstest nützlich sein, um die genetische Heterogenität des Syndroms zu identifizieren (wenn die Verknüpfung nur für einen Teil des Familienmaterials gilt). Anhang 9 enthält zwei numerische Beispiele: für mäßige Verknüpfung und für keine Verknüpfung (oder unabhängige Rekombination).

Reund die genetische Karte. Sobald die Verbindung zwischen mehreren Loci hergestellt wurde, besteht der nächste Schritt darin, den Abstand zwischen diesen Loci auf der genetischen Karte abzuschätzen. Diese Abstände werden in Morganiden (oder Centimorganiden) ausgedrückt. Ein Centimorganid (cM) entspricht einer Rekombination von 1 % (θ = 0,01), wenn kurze Chromosomenabschnitte analysiert werden. Bei großen Ortsabständen ist eine Korrektur des doppelten Überkreuzens erforderlich. Um dies zu erreichen, wurden verschiedene Methoden zur Berechnung der sogenannten Mapping-Funktion vorgeschlagen. Mithilfe eines speziellen Diagramms (Abb. 3.25) kann für eine gegebene Rekombinationsfrequenz θ die Entfernung auf der Karte direkt bestimmt werden.

Autosomale Verknüpfung, Geschlechtsunterschiede und der Einfluss des Elternalters. Die Verknüpfung autosomaler Gene beim Menschen wurde erstmals für den Lutheran-Erythrozyten-Antigen-System-Locus und den ABO-System-Antigen-Sekretions-Locus identifiziert. Einige Jahre später gelang es, einen Zusammenhang zwischen den Rh-System-Loci und der Elliptozytose herzustellen (16690). Diese Daten wurden verwendet, um die genetische Heterogenität der Elliptozytose zu identifizieren, da nicht alle Familien mit diesem Syndrom einen Zusammenhang aufwiesen. Anschließend wurde eine Verknüpfung zwischen dem ABO-System-Locus und der Dominante gezeigt

198 3. Formale Humangenetik

Nagel-Patellar-Syndrom (16120). In diesem Fall konnten erstmals Geschlechtsunterschiede in der Häufigkeit der Rekombination beim Menschen festgestellt werden: Der Abstand auf der genetischen Karte betrug 8 cM bei Männern und 14 cM bei Frauen. Ähnliche Geschlechtsunterschiede wurden für das Lu/Se-Locus-Paar (Männer: 10 cM; Frauen: 16 cM), für das ABO/Ak (Adenylatkinase)-Paar (Männer: 12 cM; Frauen: 19 cM), für das HLA-Locus-Paar festgestellt. PGM 3 Paar (Männer: 15 cm; Frauen: 3 cm). Wie wir bereits gesagt haben, wird der Polymorphismus in der Länge von Restriktionsfragmenten heute in der Verknüpfungsanalyse verwendet. In einigen Fällen, etwa beim langen Arm des Chromosoms 13, konnte mit dieser Methode eine höhere Crossing-over-Häufigkeit bei Frauen nachgewiesen werden. Allerdings gibt es Literaturdaten, die darauf hinweisen, dass der Grad der Rekombination bei Männern höher sein könnte. Diese Schlussfolgerung wurde beispielsweise für das distale Drittel des kurzen Arms von Chromosom 11 gezogen.

Auch bei der Maus wurde eine höhere Rekombinationshäufigkeit bei Weibchen festgestellt. Diese Ergebnisse bestätigen die bereits 1922 von Haldane formulierte Regel, wonach Crossing-over im homogametischen Geschlecht (also XX) häufiger vorkommt als im heterogametischen Geschlecht (also XY). Beispielsweise gibt es bei männlichen Drosophila überhaupt kein Crossover.

Es gab einmal eine lange Diskussion über den Einfluss des Elternalters auf den Grad der Rekombination. Verfügbare Daten bei Mäusen deuten darauf hin, dass mit zunehmendem Alter die Häufigkeit der Rekombination bei Frauen abnimmt und bei Männern zunimmt. Weitkamp (1972) fand für acht eng miteinander verbundene Loci beim Menschen einen signifikanten Anstieg der Rekombinationshäufigkeit mit zunehmender Gestationsreihenfolge, was auf den Einfluss des elterlichen Alters hinweist (dieses war bei Frauen und Männern gleich). Die Abhängigkeit der Rekombinationshäufigkeit vom Alter der Eltern ist typisch für die Loci-Paare Lutheran/Sekretor und Lutheran/myotone Dystrophie (16090), bei den Loci-Paaren ABO/Nagel-Patellar-Syndrom und Rh/PGD war ein solcher Effekt jedoch vorhanden nicht gefunden. Es ist wahrscheinlich, dass die Häufigkeit der Rekombination verschiedener Loci bei der Meiose unterschiedlich vom Alter abhängt.

Wie aus den Veröffentlichungen hervorgeht, weisen zytogenetische Daten zur Häufigkeit von Chiasmen bei 204 Männern auf kleine (oder nichtlineare) Veränderungen mit dem Alter hin. Für Frauen liegen keine vergleichbaren zytogenetischen Daten vor. Für die Diskrepanzen zwischen den Daten der formalen genetischen Kopplungsanalyse und den zytogenetischen Daten zur Häufigkeit von Chiasmen gibt es noch keine eindeutige Erklärung.

Morphologische Marker von Chromosomen. Paare oder Cluster verknüpfter autosomaler Gene (Verknüpfungsgruppen) können nicht mit bestimmten Chromosomen korreliert werden, wenn nur eine formale genetische Analyse von Stammbäumen durchgeführt wird. Zum ersten Mal wurde die tatsächliche Lokalisierung eines Gens auf einem bestimmten Chromosom beim Menschen wie folgt durchgeführt.

Im langen Arm des ersten Chromosoms findet sich beim Menschen häufig eine sekundäre Verengung in der Nähe des Zentromers. In etwa 0,5 % der Bevölkerung fällt diese Verengung deutlich dünner und länger aus als normal. Solche Varianten werden dominant vererbt. Wenn eines der Homologen des ersten Chromosomenpaares einen abnormalen Phänotyp aufweist, wird angenommen, dass es das Allel (Despiralisierungsfaktor) trägt. Es gibt Hinweise auf eine enge Verbindung zwischen dem Duffy-Blutgruppen-Locus und dem Un-1-Locus: θ = 0,05. Andererseits wurde bereits zuvor ein Zusammenhang zwischen dem Duffy- und dem kongenitalen fokalen Kataraktherd festgestellt (11620). Daher kann die Verknüpfungsgruppe der drei Loci: Katarakt, Duffy und Un-1 mit dem ersten Chromosom korreliert oder diesem Chromosom „zugeordnet“ werden.

Eine weitere Möglichkeit, ein Gen auf einem bestimmten Chromosom zu lokalisieren, ist die Deletionsanalyse. Wenn beispielsweise ein Gen, für das eine dominante Mutation bekannt ist, aufgrund einer Deletion verloren geht, kann das Fehlen dieses Gens einen Phänotyp verursachen, der dem durch die dominante Mutation verursachten ähnelt. Wenn die Löschung groß genug ist, um an einen bestimmten Ort angrenzende Regionen einzuschließen, kann damit gerechnet werden

3. Formale Humangenetik 199

Der Phänotyp wird zusätzliche Symptome aufweisen. Im Jahr 1963 wurde bei einem geistig behinderten Kind mit beidseitigem Retinoblastom eine Deletion im langen Arm eines der Chromosomen der Gruppe D (wie sich später herausstellte - Chromosom 13) entdeckt. Die 13ql4-Deletion wurde in einer Reihe anderer Fälle von Retinoblastomen und weiteren Anomalien gefunden. Bei Patienten mit Retinoblastom ohne zusätzliche Symptome wurde die Deletion in der Regel nicht beobachtet. Aus den oben genannten Fakten folgt, dass der Retinoblastom-Locus zum Chromosom 13 gehört.

Ein anderer Ansatz, der offenbar häufiger verwendet wird, basiert auf der quantitativen Prüfung der enzymatischen Aktivität bei Fällen mit Chromosomenanomalien. Die meisten Enzyme weisen einen deutlich erkennbaren Gendosiseffekt auf, d. h. Heterozygoten mit Enzymmangel weisen etwa 50 % enzymatische Aktivität auf. Ein ähnlicher Effekt der Gendosis ist zu erwarten, wenn das Gen durch Deletion verloren geht. Dieser Kartierungsansatz wurde für eine große Anzahl genetischer Marker verwendet. Meistens war das Ergebnis negativ, aber diese Art der „Ausschlusskartierung“ ist insofern nützlich, als sie den Bereich der wahrscheinlichen Lokalisierung von Markergenen eingrenzen kann. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass auch aus diesem Ansatz falsche Schlussfolgerungen gezogen wurden, da das Vorhandensein eines „stillen“ (Null-)Allels, d. h. Eine unentdeckte Mutation kann den Effekt einer Deletion nachahmen.

Wenn es wahr ist, dass Heterozygote und Monosome einen Gendosiseffekt aufweisen, dann ist es durchaus realistisch, den gleichen Effekt auch bei Trisomen zu erwarten. Die ersten Studien zur Enzymaktivität beim Down-Syndrom (Trisomie 21) schienen diese Schlussfolgerung zu bestätigen. Je mehr Enzyme jedoch in die Analyse einbezogen wurden, desto mehr davon wurden gefunden, die dem 21. Chromosom zugeordnet werden sollten (die Aktivität der meisten untersuchten Enzyme war erhöht). Darüber hinaus wurde bei Patienten mit Down-Syndrom ein unerwarteter Anstieg der Aktivität des X-chromosomalen Enzyms G6PD festgestellt. Daraus folgt, dass quantitative Veränderungen der enzymatischen Aktivität bei Trisomen in vivo mit einer Fehlregulation der Aktivität von Genen verbunden sein können, die auf verschiedenen Chromosomen lokalisiert sind.

Allerdings wurden immer mehr Fälle von Gendosiseffekten für in vitro kultivierte trisomische und monosomische Zellen beschrieben (Abschnitt 4.7.4.3). Schauen wir uns nur ein Beispiel an. Die Aktivität des Enzyms Phosphoribosylglycinamid-Synthetase (GARS) wurde in mehreren Fällen von teilweiser Monosomie und teilweiser oder vollständiger Trisomie 21 untersucht. Diese Studien wurden durch frühere Hinweise auf einen Gendosiseffekt für dieses Enzym angeregt. Bei der regulären Trisomie betrug der Überschusskoeffizient gegenüber der Norm 1,55. In anderen Fällen betrugen die Verhältnisse: 0,99 für Monosomie 21q21®21 Pter; 0,54 für 21q22 ® 21qter Monosomie; 0,88 für 21q21® 21pter-Trisomie und 1,46 für 21q22.1-Trisomie. Durch die Analyse dieser Daten können wir zu dem Schluss kommen, dass das GARS-Gen möglicherweise im Subsegment 21q22.1 lokalisiert ist. Einige weitere Beispiele sind in der Tabelle aufgeführt. 4.27 und Anhang 9. Die Verwendung verschiedener Varianten der Chromosomenmorphologie (wie der oben erwähnten sekundären Verengung auf Chromosom 1) und der Auswirkung der Gendosis für die Kartierung ist ein langsamer und nicht zuverlässiger Weg. Eine neue, auf Zellhybridisierung basierende Kartierungsmethode hat auf diesem Gebiet zu großen Fortschritten geführt.

Unglaubliche Fakten

Einige der vielversprechendsten und innovativsten medizinischen Forschungen geraten unweigerlich in den Fokus von Genetikern. Allerdings haben einige genetische Experimente in den letzten 70 Jahren für große Kontroversen gesorgt. Kontroversen bedeuteten nicht unbedingt, dass ein Experiment unethisch oder wertlos war, aber viele genetische Studien stießen bei vielen oft auf Abscheu. Denken Sie an die grausamsten medizinischen Experimente der Nazis, die von der Idee der Überlegenheit der arischen Nation und der Tatsache, dass einige ethnische Gruppen gegenüber anderen bestimmte körperliche oder geistige Vorteile haben, inspiriert waren.

Im Folgenden sind genetische Experimente aufgeführt, die umstritten sind, von denen einige jedoch immer noch sehr wichtige Meilensteine ​​in der Geschichte der Wissenschaft darstellen. Beginnen wir mit einem der umstrittensten, aber durchaus faszinierenden Themen: dem Klonen.

10. Klonen von Tieren

Als wichtigster Tag des Klonens von Tieren gilt natürlich der 5. Juli 1996, als das Schaf Dolly geboren wurde (obwohl das Ereignis noch ein Jahr lang geheim gehalten wurde). Doch als Dolly auftauchte, wurde kein einziges Säugetier aus der DNA eines Erwachsenen geklont. Frühe Klonversuche nutzten embryonale Zellen: Durch Teilung der Zellen eines zweizelligen Embryos erhielten Wissenschaftler so zwei genetisch identische Organismen. Das Projekt wurde fast ein Jahrhundert zuvor unter Beteiligung von Seeigeln und Salamandern erfolgreich umgesetzt.

Seitdem sind Wissenschaftler Dollys Beispiel gefolgt und haben viele andere Tierarten geklont, darunter Pferde, Ratten, Hirsche, Katzen, Schweine und Mäuse. Im Mai 2010 gelang es spanischen Forschern erstmals, einen Bullen zu klonen. Angesichts der scheinbaren Leichtigkeit und zunehmenden Zugänglichkeit des Klonens von Tieren tauchen immer mehr Fragen auf. Sollten wir nur „weniger intelligente“ Tiere klonen? Sollte man Haustiere klonen? Sollten geklonte Tiere sich fortpflanzen dürfen? Sollten wir das Klonen von Tieren nutzen, um gefährdete Arten zu erhalten oder ausgestorbene Arten wiederzubeleben? Wird Klonen die Artenvielfalt gefährden?

Im Sommer 2010 wurde das Fleisch einiger geklonter Tiere auf den Märkten mehrerer europäischer Länder vertrieben; dies ist in den USA ebenfalls nicht verboten, allerdings mit entsprechenden Hinweisen. So wie wir uns jetzt für Fleisch entscheiden, das als biologisch gekennzeichnet und ohne Hormone gezüchtet ist, werden wir möglicherweise in naher Zukunft entscheiden, ob wir Fleisch kaufen, das als von einem geklonten Tier stammend gekennzeichnet ist oder nicht.

9. Gentechnisch veränderte Pflanzen

Kontroversen rund um das Thema gentechnisch veränderte (GV) Pflanzen drehen sich häufig um verschiedene staatliche und internationale Vorschriften sowie um Debatten zwischen Wissenschaftlern, Gesetzgebern, Landwirten und Agrarunternehmen. Es gibt starke Argumente für den Anbau gentechnisch veränderter Pflanzen, insbesondere aus humanitärer Sicht. Beispielsweise gab eine Gruppe britischer Wissenschaftler im August 2010 bekannt, dass es ihnen gelungen sei, das Genom von Weizen zu entschlüsseln, was ihnen nicht nur ein besseres Verständnis für den Anbau ermöglichen würde, sondern auch neue Perspektiven für die „Abstimmung“ der DNA eröffnen würde. Dadurch würde die Erntemenge nicht vom Klimawandel abhängen.

In Europa haben Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen gentechnisch veränderter Pflanzen, die in verschiedenen Erklärungen der Welthandelsorganisation sowie im Verhaltenskodex der Europäischen Union zum Ausdruck kamen, dazu geführt, dass nur wenige gentechnisch veränderte Lebensmittel auf den Markt kamen.

Der Hauptvorteil gentechnisch veränderter Lebensmittel besteht jedoch darin, dass sie so „konstruiert“ werden können, dass sie bestimmte eingebaute Funktionen haben. Beispielsweise kann gentechnisch veränderter Mais einen speziellen Bestandteil produzieren, der einige seiner Schädlinge abtötet. Allerdings befürchten Aktivisten und einige Wissenschaftler, dass gentechnisch veränderte Lebensmittel unerwünschte Nebenwirkungen haben könnten, etwa die Zerstörung einheimischer Nutzpflanzensorten oder schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Derzeit ist jedoch nicht nachgewiesen, dass gentechnisch veränderte Lebensmittel gesundheitsgefährdend sind.

Solche Produkte sind in den Vereinigten Staaten am weitesten verbreitet, aber ihr Stellenwert ist immer noch unbedeutend.

8. Humangenetische Technik

Wenn gentechnisch veränderte Lebensmittel überhaupt noch eine Überlebenschance haben, dann hat die menschliche Gentechnik geradezu utopisches Potenzial. Krankheiten und Geburtsfehler könnten beseitigt werden. Wir könnten länger leben und stärker und klüger sein. Aber unter anderem gibt es in dieser Frage schwerwiegende ethische Probleme. Werden genetische Verbesserungen nur den Reichen vorbehalten sein? Wird sich darüber hinaus die diskriminierende Kluft zwischen den genetischen „Besitzenden“ und den „Besitzlosen“ vergrößern? Könnten andere, unbeabsichtigte, aber gefährliche Nebenwirkungen auftreten, wenn gentechnisch veränderte DNA an zukünftige Generationen weitergegeben wird?

Im Mai 2008 gab ein Forscherteam der Cornell University bekannt, dass es ihnen gelungen sei, einen genetisch veränderten menschlichen Embryo zu erschaffen, obwohl der Embryo fünf Tage später zerstört wurde. Wissenschaftler fügten dem Embryo ein Protein hinzu, das mit fluoreszierendem grünem Licht leuchtete. Dieses Ereignis hat eine Debatte darüber ausgelöst, dass Regierungen Maßnahmen ergreifen sollten, um die menschliche Genomtechnologie zu regulieren.

Gleichzeitig wurde vor einigen Jahren eine andere technische Methode angewendet und dann mit dem Embryo bis zum Ende seiner Entwicklung gearbeitet. Dann, im Jahr 2001, berichtete die BBC, dass es Wissenschaftlern gelungen sei, die bei der Fortpflanzung weitergegebenen Gene zu verändern, indem sie Gewebe aus fremden Zellen aus der Eizelle der Mutter hinzufügten. Der Eingriff wurde durchgeführt, um die Unfruchtbarkeit der Mutter zu „kompensieren“, doch ein britischer Experte sagte damals dennoch, dass der Eingriff von fragwürdigem medizinischem Wert und zudem mit ethischen Fragen behaftet sei.

7. Stammzellenforschung

Stellen Sie sich Folgendes vor: Ein Arzt verfügt über eine Reihe von Zellen und kann diese in alles umwandeln, was er oder sie benötigt, beispielsweise in Zellen, um das Rückenmark eines gelähmten Patienten zu reparieren. Dieses Potenzial von Stammzellen wird nach Ansicht vieler Forscher zweifellos zu verbesserten Behandlungen und Heilmitteln für Krankheiten wie Krebs, Parkinson und Alzheimer führen.

Viele Menschen haben jedoch ihr Unbehagen über die Verwendung embryonaler Stammzellen zum Ausdruck gebracht und argumentiert, dass Embryonen befruchtetes menschliches Leben seien. Typischerweise sind diese Embryonen nur wenige Tage alt, und die meisten von ihnen sind fehlgeschlagene In-vitro-Fertilisationen, die oft einfach weggeworfen werden.

Doch trotz des großen Potenzials embryonaler Stammzellen halten viele Wissenschaftler und Aktivisten ihre Bedeutung für übertrieben. Auch die Vorteile adulter Stammzellen könnten zum Vorschein kommen und zu Zelltherapien führen, die keine ethischen Implikationen haben. Adulte Stammzellen wurden in einer Reihe menschlicher Gewebe gefunden und Wissenschaftler verwenden sie seit Jahrzehnten als Teil von Knochenmarktransplantationen. Weitere Anwendungen erwachsener Stammzellen folgten, aber der entscheidende Durchbruch wird darin bestehen, Wege zu finden, sie im Labor „umzuprogrammieren“, damit sie zu dem Zelltyp heranwachsen, der für eine bestimmte Therapie benötigt wird.

6 medizinische Experimente der Nazis

Einige der kontroversen genetischen Experimente, die in diesem Artikel vorgestellt werden, sind sicherlich wissenschaftlicher Natur, aber das gilt sicherlich nicht für die grausamen und qualvollen Experimente der Nazis, die an unschuldigen Menschen durchgeführt wurden. Der Anführer der barbarischen Praxis war Dr. Josef Mengele, der im Konzentrationslager Auschwitz-Birkenau Experimente mit Zwillingen durchführte. Mengeles Eingriffe waren oft intensiv und invasiv und die Zwillinge wurden oft durch eine tödliche Phenolinjektion getötet. Anschließend wurden sie seziert und eine vergleichende Analyse durchgeführt.

Bei anderen Nazi-Experimenten wurden gefangene russische Soldaten extrem kalten Temperaturen ausgesetzt, was zu Unterkühlung führte, und zwar aufgrund der Annahme, dass die Russen eine genetische Resistenz gegen Kälte hätten. Die NS-Führung hoffte, durch diese Forschung Informationen zu erhalten, die ihren Soldaten beim Kampf an der kalten Ostfront helfen würden.

In den Jahren nach dem Krieg gab es immer wieder Debatten darüber, ob aus diesen Studien trotz der damit verbundenen Schrecken nützliche Informationen gewonnen werden könnten. Ein 1990 im New England Journal of Medicine veröffentlichter Bericht machte deutlich, dass die Hypothermieforschung der Nazis nichts weiter als ein „wissenschaftlicher Betrug“ war und dass die Ergebnisse absolut keinen wissenschaftlichen Wert hatten.

5. Gentherapie und Jesse Gelsinger

Die Gentherapie basiert auf der radikalen Vorstellung, dass Menschen mit genetischen Störungen durch den Einbau neuer Gene in ihre DNA geheilt oder zumindest erheblich verbessert werden können. Typischerweise werden diese Behandlungen bei Erkrankungen angewendet, für die es keine Heilung gibt oder bei denen die derzeitigen Behandlungen unzureichend sind und wenig Erfolg bringen. Auf diesem Gebiet wurden zwar einige Erfolge erzielt, jedoch nicht ohne tragische Misserfolge. Eine Art der Gentherapie heilt Patienten mit seltenen genetischen Störungen, trug aber auch zur Entstehung von Leukämie bei diesen Menschen bei.

Das berüchtigtste Experiment mit Gentherapie war das des 18-jährigen Jesse Gelsinger, der 1999 starb, eine Woche nachdem er wegen einer seltenen Stoffwechselstörung der Leber behandelt worden war. Sein Tod schockierte die Forscher und wurde mit den Gefahren dieses aufstrebenden Bereichs der Medizin in Verbindung gebracht.

Einige neue Gentherapien sind jedoch sehr vielversprechend. Eine Methode besteht darin, die erforderlichen Gene in die Zelle einzubauen, anstatt sie in die DNA des Patienten einzufügen. Dort können sie auch lebenswichtige Proteine ​​produzieren, die sowohl die Krankheit heilen als auch ihre Entwicklung stoppen können. Im November 2009 gab ein Team französischer Forscher bekannt, dass sie mehrere Kinder erfolgreich behandelt hatten, die an einer degenerativen Erkrankung des Nervensystems litten, einer Krankheit, die einen Menschen in den ersten fünf Lebensjahren tötet.

4. Gentechnik an Tieren

Der Einsatz von Tieren in der wissenschaftlichen und medizinischen Forschung ist seit langem ein kontroverses Thema, daher ist es nicht verwunderlich, dass auch die Gentechnik bei Tieren, die sich häufig mit der Welt der gentechnisch veränderten Lebensmittel überschneidet, kontrovers diskutiert wird. Allerdings wird die Gentechnik bei Tieren oft als „ein gezielter und wirkungsvoller Weg zur Einführung gewünschter Merkmale in Tiere mithilfe rekombinanter DNA-Technologie“ definiert. Dies ist eine weit gefasste Definition, die die vielen Arten umfasst, mit denen Wissenschaftler in den letzten zwei Jahrzehnten mit tierischer DNA experimentiert haben. Gleichzeitig wurde tatsächlich viel getan: von Schweinen, die im Dunkeln leuchten (Wissenschaftler injizierten fluoreszierendes Protein in den Embryo) bis hin zur Entwicklung einer Lachsrasse, die im Vergleich zu gewöhnlichen, unveränderten Brüdern sehr schnell an Gewicht zunahm.

Doch ebenso wie gentechnisch veränderte Lebensmittel birgt die Gentechnik an Tieren viele potenzielle Komplikationen, darunter Ängste vor einer Schädigung der Artenvielfalt, Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und ethische Bedenken bei Experimenten mit gesunden Tieren. Als ein französischer Forscher ein im Dunkeln leuchtendes Kaninchen herstellte, sagten Demonstranten, das Experiment sei beleidigend und habe nur sehr geringen wissenschaftlichen Wert. Insbesondere Greenpeace warnte vor den unbeabsichtigten Folgen genetischer Veränderungen bei Tieren und deren „Freisetzung“ in die Wildnis würde eine „genetische Verschmutzung“ darstellen. Befürworter sagen jedoch, dass gentechnisch veränderte Nutztiere weniger Abfall produzieren und zu besseren Kandidaten für die Organspende beim Menschen werden könnten, da einige Tiere bereits für Transplantationen verwendet werden.

3. Untersuchung eines Mensch-Tier-Hybriden

Zwei US-Bundesstaaten, Arizona und Louisiana, haben Gesetze erlassen, die die Forschung an Mensch-Tier-Hybriden verbieten. Obwohl diese Gesetze vielen Satirikern Nahrung geliefert haben, basieren sie tatsächlich auf wahren Tatsachen. Es gibt bereits eine Hybride aus Mensch und Tier. Im Jahr 2004 gelang es Wissenschaftlern, ein Schwein mit menschlichem Blut zu beschaffen. Letztes Jahr führten chinesische Wissenschaftler menschliche Zellen in Kanincheneier ein, doch die Embryonen wurden bald zerstört.

Diese kombinatorischen Exemplararten werden Chimären genannt, nach dem griechischen Fabelwesen, das den Kopf eines Löwen, den Körper einer Ziege und den Schwanz einer Schlange hatte. Erwarten Sie jedoch nicht, bald einen Zentauren, ein Pferd mit einem menschlichen Oberkörper, auf der Straße zu treffen. Der Großteil der Mensch-Tier-Hybridforschung konzentriert sich auf weniger dramatische Experimente, wie zum Beispiel das Hinzufügen einiger menschlicher Gene zu einem Schwein, um bessere Herzklappen zu produzieren, die später für eine Transplantation verwendet werden. Dieses Verfahren ist in der medizinischen Praxis seit langem Standard. Viele Bioethiker und einige Gesetzgeber glauben jedoch, dass Wissenschaftler zu weit gehen.

2. Henrietta Lacks und HeLa-Zellen

Henrietta Lacks starb 1951 an Gebärmutterhalskrebs, aber ihr Name wurde mit einer unsterblichen Zelllinie namens HeLa in Verbindung gebracht (der Name setzt sich aus den ersten beiden Buchstaben ihres Vor- und Nachnamens zusammen). Ohne dass die Patientin davon wusste, entnahm ein Arzt der Johns Hopkins University eine Gewebeprobe von ihrem Tumor und bot sie dann Experten an, um die Zellproliferation zu untersuchen. Bemerkenswert ist, dass sich die Zellen bis heute weiter vermehren. Dies war die erste erfolgreich erstellte Kopie „unsterblicher“ Zellen, obwohl Wissenschaftler immer noch darüber rätseln, warum HeLa-Zellen überlebten, während andere starben.

Seitdem wurden HeLa-Zellen in einer Reihe bahnbrechender medizinischer Experimente eingesetzt, beispielsweise bei der Entwicklung von Polio-Impfstoffen und der Erforschung von Klonprozessen. Dennoch wird die wunderbare Geschichte der unsterblichen Zellen von mehreren Fakten überschattet. Erstens erteilte Henrietta Lacks den Forschern nie die Erlaubnis, ihre Zellen zu untersuchen, und auch nach Beginn der Forschung wussten weder sie noch ihre Verwandten davon. Ihre Familie hatte jahrzehntelang keine Ahnung, welche Rolle Henriettas Zellen in der Medizin spielten, und sie profitierte auch nicht finanziell von den großen medizinischen Durchbrüchen der HeLa-Zellen. Die meisten Verwandten von Henrietta waren arm und ungebildet, und einer ihrer Söhne war seit mehreren Jahrzehnten obdachlos.

Im Februar 2010 veröffentlichte die Journalistin Rebecca Skloot das Buch „The Immortal Life of Henrietta Lacks“, das verschiedene Geschichten rund um die HeLa-Zellen dieser Zeit sowie Geschichten über das Leben von Henrietta selbst vereint. Das Buch wurde von den Kritikern hoch gelobt, es wurde jedoch immer wieder daran erinnert, dass medizinische Forschung nicht von Respekt und Ehrfurcht vor der Person, die als Subjekt dient, getrennt werden kann.

1. Forschung zur menschlichen Sexualität

Die Frage, ob das sogenannte „Schwulen-Gen“ existiert und wenn ja, ob es die Orientierung eines Menschen bestimmt, ist immer noch umstritten. Die Schwulengemeinschaft ist gespalten, wobei der Neurowissenschaftler Steven Pinker von zwei „Lagern“ spricht: diejenigen, die befürchten, dass die Entdeckung des Schwulengens oder einer anderen genetischen Grundlage der Homosexualität zu selektiver Abtreibung führen könnte, und diejenigen, die die Sexualitätsforschung damit rechtfertigen dass die Entdeckung von Genen, die für Homosexualität verantwortlich sind, eine der Rechtfertigungen für Homophobie beseitigen wird.

Es gibt natürlich noch andere Gründe, mit denen Forscher diesen Forschungsbereich rechtfertigen. Erstens muss die Suche nach dem biologischen Ursprung der Homosexualität von Fragen der Moral getrennt werden. Andererseits müssen Wissenschaftler das gesamte Spektrum der menschlichen Vielfalt untersuchen und erforschen, insbesondere wenn drängende Probleme auftauchen.

Wie Pinker und andere festgestellt haben, war die amerikanische Forschung zur menschlichen Sexualität oft Opfer von „Kulturkriegen“. Daher zeigen europäische Wissenschaftler sowie Universitäten und Forschungsförderungsorganisationen häufig einen großen Handlungswillen in diesem Bereich.

Derzeit besteht kein Konsens über die mögliche genetische Grundlage von Homosexualität, obwohl es in der wissenschaftlichen Welt mehrere Theorien gibt. Im Jahr 2005 gab ein Forscherteam der University of Illinois bekannt, dass sie mehrere Gene entdeckt hatten, die mit Homosexualität in Zusammenhang stehen. Im Jahr 2008 ergab eine andere Studie, dass Homosexualität bei Männern möglicherweise durch ein vererbtes Gen verursacht wird, das, wenn es im Körper einer Frau vorhanden ist, die Fruchtbarkeit seines Besitzers erhöht.

Seit wann verändern Menschen die Gene von Organismen?

Vor etwa 14.000 Jahren begann der Mensch, die Genome anderer Organismen zu manipulieren. Wir können sagen, dass die genetische Veränderung eine uralte, traditionelle Tätigkeit ist. Natürlich geschah dies zunächst durch künstliche Selektion: Menschen züchteten Tiere und Pflanzen mit gewünschten Eigenschaften, und diese Eigenschaften veränderten sich durch die Weitergabe bestimmter Gene. So haben wir zum Beispiel einen Wolf in einen Haushund verwandelt. Der erste gezielt genetisch veränderte Organismus war das bescheidene Bakterium E. Coli, das 1973 vom Wissenschaftler Stanley Cohen verändert wurde. Cohen nutzte die Technik des molekularen Klonens, bei der fremdes genetisches Material in eine Zelle eingeschleust wird. Dies blieb lange Zeit die wichtigste Methode der genetischen Veränderung. Jetzt haben sie gelernt, Gene direkt zu verändern. Es kommen hauptsächlich drei Technologien zum Einsatz (benannt nach den daran beteiligten Proteinmolekülen): ZFN, TALEN und das neuere CRISPR – letzteres ist deutlich effektiver als alles, was bisher verwendet wurde.

Was ist CRISPR?

Ganz einfach: Mit CRISPR können Wissenschaftler Gene mit beispielloser Präzision, Effizienz und Flexibilität verändern. (Allerdings funktioniert die Technologie immer noch nicht perfekt). In den letzten Jahren wurden viele Experimente mit CRISPR durchgeführt: von der Schaffung mutierter Affen bis zur Verhinderung des HIV-Virus in menschlichen Zellen.

CRISPR ist ein Abwehrmechanismus, der bei vielen Bakterien schon seit langem existiert. Wissenschaftler entdeckten es bereits in den 1980er Jahren. CRISPR sind Sequenzen in der DNA von Bakterien, die mit der DNA von für Bakterien gefährlichen Viren übereinstimmen. CRISPR erinnert sich an Viren, um sie zu erkennen und sich gegen sie zu verteidigen. Der zweite Teil dieses Abwehrmechanismus sind CRISPR-assoziierte Cas-Proteine, die DNA beschneiden und angreifende Viren entfernen können.

Es gibt viele Arten von Cas-Proteinen, aber das bekannteste ist Cas9. Zusammen bilden sie das CRISPR/Cas9-System, das der Einfachheit halber CRISPR genannt wird. Sie können sich vorstellen, wie die genetische Veränderung mit CRISPR funktioniert: Cas9 schneidet die DNA und CRISPR „erklärt“ dem Protein, was genau und wie geschnitten werden muss. Wissenschaftler müssen Cas9 lediglich die richtige Sequenz geben und können DNA-Stücke nach Belieben ausschneiden und einfügen, fast wie biologisches Photoshop. Es ist sogar möglich, ein fehlerhaftes Gen zu reparieren, indem mithilfe von CRISPR eine gesunde Kopie in eine Zelle eingefügt wird. Das Problem besteht darin, dass Cas9 immer noch manchmal an der falschen Stelle geschnitten wird, sodass CRISPR relativ gefährlich ist.

Was haben sie in China gemacht?

Am 18. April veröffentlichte eine Gruppe von Wissenschaftlern der Sun Yat-sen-Universität eine Studie in der Zeitschrift Protein & Cell. Sie verwendeten CRISPR, um die DNA von „nicht lebensfähigen“ (diejenigen, aus denen Menschen nicht erwachsen konnten) menschliche Embryonen. Wissenschaftler versuchten, das Gen im Embryo zu ersetzen, das die Blutkrankheit Beta-Thalassämie verursacht. Mit anderen Worten: Sie versuchten, eine genetische Krankheit zu heilen, die vererbt wird. Sie verwendeten CRISPR an 86 Embryonen; Von diesen überlebten nur 71 das Experiment und nur ein kleiner Teil dieser Embryonen wurde von der Krankheit geheilt. Chinesische Wissenschaftler haben jedoch gezeigt, dass CRISPR beim Menschen eingesetzt werden kann – und dies hat in der wissenschaftlichen Gemeinschaft für Kontroversen und Skandale gesorgt. Beispielsweise stellte sich heraus, dass die Fachzeitschriften Science und Nature die Veröffentlichung der Studie aus ethischen Gründen verweigerten. Der Direktor des amerikanischen National Institutes of Health sagte, dass das Geld des Instituts (vom Staat erhalten) niemals für solche Forschungen verwendet werden und dass mit dem menschlichen Genom nicht experimentiert werden kann. Viele Journalisten haben geschrieben, dass solche Experimente dazu führen werden, dass wir Kinder entwerfen und modellieren, indem wir Embryonen genetisch verändern – und das wird kein gutes Ende nehmen.

Was? Geplante Kinder?

Genau. Zu diesem Schluss sind viele gekommen. Eine Studie der Sun Yat-sen-Universität ist der erste Schritt in Richtung der Tatsache, dass wir in einer realen Version des Films „Gattaca“ leben werden, in dem Menschen die Gene zukünftiger Kinder verändern, um sie klüger, stärker und schöner zu machen. und es kommt zu einer Spaltung der Gesellschaft, weil sich nicht jeder eine solche Modifikation leisten kann. Einerseits geht eine solche Schlussfolgerung zu weit. Mit CRISPR können Sie nur ein Gen verändern und hängen nicht sehr stark von einem Gen im menschlichen Körper ab: Sie können beispielsweise die Farbe Ihrer Augen ändern. Andererseits gibt es Studien, die zeigen, dass ein Gen ausreicht, um ein Säugetier intelligenter zu machen. Auf die eine oder andere Weise werden viele Jahre der Erprobung erforderlich sein, damit diese Technologie praktisch eingesetzt werden kann. CRISPR kann auch zur Heilung von Krankheiten eingesetzt werden. Die Gentechnik kann Tausende von Krankheiten überwinden, von der Alzheimer-Krankheit bis zur Mukoviszidose.

Was sind hier die Probleme?

Ethisch, sozial, medizinisch, was auch immer. Erstens: Selbst wenn wir die CRISPR-Technik viele Jahre lang an Bakterien, Vögeln, Nagetieren und anderen Organismen verfeinern, besteht immer die Möglichkeit, dass diese Änderung gefährliche Folgen für den Menschen hat, die wir erst sehen werden, wenn das Kind geboren wird und damit beginnt wachsen. Kinder zu riskieren ist einfach unmoralisch. Zweitens stellt sich die Frage, inwieweit es zulässig ist, die DNA eines Menschen zu verändern, ohne ihn danach zu fragen? (Ja, das ist ein Paradoxon, da sich die Gene vor der Geburt verändern, aber wie wird der Mensch selbst darauf reagieren, wenn er erwachsen ist?). Drittens besteht in der Tat die Gefahr, dass genetische Veränderungen nur den Reichen und Privilegierten zur Verfügung stehen, und selbst wenn sie keine klugen, schönen und starken Kinder hervorbringen, werden sie zumindest gesünder sein. Dies ist ein unglaublich komplexes Thema – und eines, das mit großer Sorgfalt und Vorsicht angegangen werden muss. Abschließend muss noch eines gesagt werden: Selbstverständlich kann die CRISPR-Technologie eingesetzt werden (und wurde bereits verwendet) nicht nur zum Experimentieren mit Menschen.

Sie haben wahrscheinlich schon von in Südkorea gezüchteten, im Dunkeln leuchtenden Katzen gehört (wenn nicht, dann hier Video). Hierbei handelt es sich um gentechnisch veränderte Katzen, deren Haut mit lumineszierender Pigmentierung versehen ist, wodurch sie unter ultraviolettem Licht leuchten.

Wissenschaftler haben diese Katzen dann erfolgreich geklont und das fluoreszierende Gen wurde an die nächste Generation weitergegeben. Ob das gut oder schlecht ist, ist unklar, aber dennoch bleibt die Frage: Woher wissen wir, wann wir zu weit gegangen sind? Wo verläuft die Grenze zwischen wissenschaftlichem Fortschritt und irreversiblen Veränderungen der DNA einer Lebensform?

Wenn Ihnen die Geschichte über Katzen etwas Extremes vorkam, wie wäre es dann mit einem Dutzend weiterer ähnlicher Geschichten?

Genetische Experimente

10. Spinnenziege

Spinnennetze werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt; täglich werden die Einsatzgebiete von Spinnenseide immer vielfältiger.

Aufgrund ihrer im Verhältnis zu ihrer Größe unglaublichen Stärke wurden Spinnennetze für den Einsatz in kugelsicheren Westen, künstlichen Sehnen, Bandagen und sogar in Computerchips und Glasfaserkabeln für die Chirurgie untersucht.

Aber um genug Seide zu bekommen, braucht man Zehntausende Spinnen und viel Wartezeit, ganz zu schweigen von der Tatsache, dass die Spinnen oft andere Spinnen in ihrem Revier töten, sodass sie nicht auf die gleiche Weise gezüchtet werden können wie beispielsweise Bienen.

Deshalb greifen die Forscher auf Ziegen zurück, das einzige Tier auf der Welt, das in dieser Situation helfen könnte, indem es über Spinnengene verfügt.

Professor Randy Lewis von der University of Wyoming hat das Gen isoliert, das für die Produktion von Schleppleinenseide verantwortlich ist, der stärksten Seidenart, die Spinnen zum Aufbau ihrer Netze verwenden. (Die meisten Spinnen produzieren sechs verschiedene Seidenarten).

Anschließend kreuzte er das resultierende Gen mit einem Ziegengen, das für die Milchproduktion verantwortlich ist, paarte die Ziege und war überzeugt, dass drei der sieben Ziegen das seidenproduzierende Gen in ihrer DNA-Struktur behielten.

Jetzt müssen Sie nur noch die Milch holen und die Spinnenseide herausfiltern. Professor Lewis ist nicht vor Ironie gefeit: Sein gesamtes Büro ist mit Spider-Man-Postern bedeckt.

Ungewöhnliche Experimente

9. Singende Maus

In den meisten Fällen führen Wissenschaftler Experimente mit einem bestimmten Ziel durch. Manchmal schleusen sie den Nagetieren jedoch einfach eine bestimmte Anzahl an Genen ein und warten ab, was passiert.

So entstand eine Maus, die wie ein Vogel zwitschert. Dies war Teil eines japanischen Forschungsprojekts zum Einsatz von Gentechnik. Experten haben Mäuse genetisch verändert, sie gezüchtet, aufgezogen und die Ergebnisse aufgezeichnet.

Als sie eines Morgens einen neuen Mäusewurf untersuchten, entdeckten sie, dass eines der Nagetierbabys die Fähigkeit hatte, „wie ein Vogel zu singen“. Sie waren sehr daran interessiert und konzentrierten sich auf die Untersuchung dieses Individuums. Mittlerweile gibt es etwa 100 Nagetiere, die singen können. Sie können sich eines davon ansehen.

Darüber hinaus stellten Experten fest, dass Als gewöhnliche Mäuse umgeben von singenden Mäusen aufwuchsen, begannen sie, verschiedene Geräusche und Melodien zu verwenden.ähnlich wie sich ein bestimmter Dialekt in der menschlichen Bevölkerung verbreitet.

Wofür können diese Mäuse verwendet werden? Es ist noch nicht bekannt, aber das Ziel des Projekts besteht darin, den Evolutionsprozess künstlich zu beschleunigen, und offenbar geschieht dies in einige nicht ganz erwartete Richtungen.

Professor Takeshi Yagi behauptet, dass es ihm und seinen Kollegen gelungen sei, eine Maus mit kurzen Gliedmaßen und einem Schwanz wie ein Dackel zu züchten. Das ist alles seltsam.

8. Super Lachs

Dieser gentechnisch veränderte Atlantische Lachs wächst doppelt so schnell und doppelt so groß wie normaler Lachs. Der von AquaBounty entwickelte Fisch trägt zwei veränderte Gene: Das erste stammt vom Chinook-Lachs, der jedoch nicht so häufig gegessen wird wie Atlantischer Lachs Wächst in jungen Jahren viel schneller.

Das zweite Gen stammt von der Quappe, einem am Boden lebenden Aal, der das ganze Jahr über regelmäßig wächst. Lachs hingegen wächst normalerweise nur in den Sommermonaten.

Als Ergebnis dieser Experimente wurde schnell wachsender Lachs gezüchtet, und dies ist das erste gentechnisch veränderte Tier, das offiziell für den menschlichen Verzehr zugelassen wurde.

Kreuzung verschiedener Arten

7. Virale Banane

Im Jahr 2007 veröffentlichte ein indisches Expertenteam seine Forschungsergebnisse zur Entwicklung einer Bananensorte, die Menschen gegen Hepatitis B impfen kann. Darüber hinaus haben Experten ähnliche Experimente erfolgreich mit Karotten, Salat, Kartoffeln und Tabak durchgeführt, die ebenfalls Träger des Impfstoffs sein können .

Das zuverlässigste Produkt sind ihrer Meinung nach jedoch immer noch Bananen.

Dadurch gelangt eine abgeschwächte Version des Virus in Ihren Körper. Es ist nicht stark genug, um die Entwicklung der Krankheit auszulösen, aber diese Virusmenge reicht aus, damit Ihr Immunsystem mit der Produktion von Antikörpern beginnen kann, die Sie schützen, wenn das Virus vollständig in Ihren Körper eindringen möchte.

Es besteht jedoch eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Ereignisse schiefgehen können, die vom Auftreten allergischer Reaktionen bis hin zu gewöhnlichen Fehlfunktionen reichen können.

Da das Virus die Fähigkeit besitzt, sich als Reaktion auf die Einführung eines Impfstoffs schnell anzupassen, müssen ständig neue Bananensorten auftauchen, das heißt, das System muss mithalten genetisches Wettrüsten.

Was ist, wenn Sie sich nicht impfen lassen möchten? Es ist äußerst einfach, mit der Nahrung irgendeine Art von Virus in den Körper einzuschleusen, da es keine Staaten gibt, in denen die Verpflichtung zur Kennzeichnung von Produkten mit GVO auf gesetzlicher Ebene relevant ist.

6. Umweltfreundliche Schweine

Mutter Natur ist unglaublich schlau. Zuerst gab sie uns Fleisch in Form von Tieren, die vor uns fliehen konnten, dann machte sie diese Tiere zu Umweltverschmutzern. Glücklicherweise kam die Wissenschaft rechtzeitig.

Lernen Sie Schweine kennen, umweltfreundliche Schweine (Enviropig). Diese gentechnisch veränderten Schweine nehmen mehr Phytinsäure auf, was wiederum reduziert die Menge der von ihnen produzierten Phosphorabfälle.

Der Zweck dieses Experiments bestand darin, die Phosphorbelastung zu reduzieren, mit der Schweinegülle den Boden füllt. Darüber hinaus haben die meisten Schweinehaltungsbetriebe mit überschüssigem Abfall und damit überschüssigem Phosphor zu kämpfen.

Überschüssiger Phosphor reichert sich im Boden und in nahegelegenen Wasserquellen an, was ein ernstes Problem darstellt. Mit zusätzlichem Phosphor im Wasser beginnen Algen schneller zu wachsen, entziehen dem Wasser den gesamten Sauerstoff und machen so das Leben der Fische unmöglich.

Das Projekt wurde über 10 Generationen von Enviropig weitergeführt, verlor jedoch 2012 die Finanzierung.

5. Hühnereier - Medizin

Wenn Sie Krebs haben, können Sie ihn loswerden, indem Sie mehr Eier essen. Aber keine gewöhnlichen Eier, sondern Eier, die von Hühnern gelegt wurden, deren DNA mit menschlichen Genen vermischt war. Die britische Forscherin Helen Sang hat Hühner geschaffen, deren genetisches System mit menschlicher DNA verflochten ist, die Proteine ​​enthält, die Hautkrebs bekämpfen.

Wenn Hühner Eier legen, ist die Hälfte des Proteins, aus dem das Ei besteht, vorhanden Protein, das in Krebsmedikamenten verwendet wird.

Die Idee ist, dass die Herstellung von Medikamenten auf diese Weise billiger und effizienter wird, ohne die teuren Bioreaktoren, die derzeit der Industriestandard sind.

Dieses System hat viele potenzielle Vorteile, aber einige Persönlichkeiten des öffentlichen Lebens haben Bedenken geäußert, dass Hühner, die zur Herstellung von Medikamenten verwendet werden, als „medizinische Ausrüstung“ und nicht als „Tiere“ eingestuft würden, was es Wissenschaftlern ermöglichen würde, Tierrechtsgesetze zu umgehen.

Kuhmilch für Babys

4. Humanisierte Kuhmilch

Wenn Ihnen die Schaffung „humanisierter“ Hühner nicht sehr seltsam vorkam, sollten Sie wissen, dass Wissenschaftler in China daran beteiligt waren Fusion menschlicher Gene und zweihundert Kühe um von ihnen Muttermilch zu gewinnen.

Und es hat funktioniert. Laut dem leitenden Wissenschaftler der Studie, Ning Li, produzieren alle 200 Kühe jetzt Milch, deren Zusammensetzung mit der Milch einer stillenden menschlichen Mutter identisch ist.

Im Rahmen ihrer Arbeit klonten sie menschliche Gene und vermischten sie mit der DNA eines Kuhembryos. Anschließend wurde der Embryo in die Gebärmutter des Tieres implantiert. Ihr Hauptziel ist es, etwas zu erschaffen gentechnisch veränderte Alternative zur Muttermilch, die man Säuglingen geben kann.

Es ist jedoch klar, dass die Menschen besorgt darüber sind, wie sicher dieses Produkt für kleine Kinder sein wird.

3. Kohl „Skorpion“.

Androctonus australis ist einer der gefährlichsten Skorpione der Welt. Sein Gift ist genauso giftig wie das der Schwarzen Mamba, und sein Biss kann Gewebeschäden und Blutungen verursachen, ganz zu schweigen davon, dass jedes Jahr mehrere Menschen sterben.

Kohl hingegen ist ein bekanntes Gemüse. Im Jahr 2002 beschloss ein Forscherteam des College of Life Sciences in Peking, „beides“ zu kombinieren, was zu einem Produkt führte, das für den menschlichen Verzehr unbedenklich ist.

Insbesondere isolierten sie ein spezifisches Toxin aus dem Gift des Skorpions und veränderten das Genom des Kohls so, dass das Gemüse beim Wachstum das Toxin produzierte. Warum ist es notwendig, giftigen Kohl herzustellen?

Angeblich verwendeten sie ein Gift, das nur Insekten befällt, nicht den Menschen.

Mit anderen Worten, es wirkt wie ein eingebautes Pestizid. Wenn also ein Insekt wie eine Raupe Anspruch auf den Kohl erhebt, wird dieser sofort gelähmt, gefolgt von so starken Krämpfen, dass er das Insekt stirbt an Krämpfen.

Erschreckend ist, dass das gentechnisch veränderte Gemüse mit jeder weiteren Generation neue Formen annimmt. Wie lange dauert es, bis die Gene zu etwas mutieren, das für den Menschen giftig ist, da das Gift bereits im Kohl enthalten ist?

2. Schweine mit menschlichen Organen

Mehrere separate Forschungsgruppen haben damit begonnen, Schweine mit menschlichen Organen zu züchten, die für die Transplantation in den Menschen geeignet sind.

Xenotransplantation (Transplantation zwischen Arten) war im Fall der Organtransplantation vom Schwein auf den Menschen tatsächlich ein Problem, da ein bestimmtes Enzym vorhanden ist, das Schweine besitzen, das der menschliche Körper jedoch abstößt.

Randall Prather, ein Forscher an der University of Missouri, klonte vier Schweine und ging in seinen Experimenten so weit, dass seine Schweine nicht mehr über das Gen verfügten, das dieses Enzym produziert.

Das schottische Unternehmen, das das Schaf Dolly produzierte, hat außerdem erfolgreich fünf Schweine geklont, denen das Gen fehlt.

Es ist durchaus möglich, dass dies in naher Zukunft geschieht Es werden massenhaft gentechnisch veränderte Schweine gezüchtet. Eine weitere mögliche Entwicklung ist die Möglichkeit, menschliche Organe in Schweinen zu züchten.

Solche Studien sind noch spekulativer, obwohl es bereits möglich war, die Bauchspeicheldrüse einer Ratte im Inneren einer Maus wachsen zu lassen.

Supersoldaten

1. Darpa-Supersoldaten

Das Unternehmen des US-Verteidigungsministeriums DARPA ist seit vielen Jahren an der Erforschung des menschlichen Genoms interessiert, und wie man es von einem Unternehmen erwarten würde, das 99 Prozent aller gefährlichsten Roboter der Welt entwickelt hat, galt sein Interesse nicht nur pädagogischen Zwecken .

Es ist sehr schwierig, das amerikanische Gesetz zu umgehen, das die Schaffung menschlicher Chimären verbietet, aber offenbar sind sie durch die Erforschung des menschlichen Genoms zu guten Ergebnissen gekommen.

Für eines der Projekte im Jahr 2013 Es wurden 44,5 Millionen US-Dollar bereitgestellt„ein biologisches System zu schaffen und zu entwickeln, das die Funktionsweise verschiedener biologischer Architekturen auf molekularer und genetischer Ebene vereint“.

Mit anderen Worten: Ziel des Projekts ist es, die Leistungsfähigkeit der Soldaten im Kampfgebiet zu steigern.

Allerdings gibt es ein anderes Projekt, das ehrlich gesagt entmutigend ist: ein neuronales Programm, das darauf abzielt, zu bestimmen, „ob ein Netzwerk von Neuronen durch optogenetische neuronale Erregung in Tiermodellen unterschiedlich moduliert werden kann“.

Die Optogenetik ist ein völlig unerforschtes Gebiet der Neurowissenschaften. das zur Manipulation der neuronalen Aktivität und zur Kontrolle des Tierverhaltens verwendet wird.

Darüber hinaus ist es erwähnenswert, dass Wissenschaftler bereits in diesem Jahr eine funktionierende Demonstration dieser Technologie unter Beteiligung „nichtmenschlicher Primaten“ durchführen wollen. Dies deutet darauf hin, dass der Fortschritt sehr schnell voranschreitet und dass sie sicherlich planen, ihre Technologie irgendwann auch am Menschen zu testen.