Genetic

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ist ein Teil der biologischen Wissenschaft, die sich mit der Vererbung und der Erforschung von Faktoren, die diese beeinflussen, befasst. Dem Menschen ist seit langem bekannt, dass sich die Eigenschaften der Eltern auf den Nachwuchs übertragen, aber dass sich diese auch verändern, und er bemühte sich herauszufinden, was für ein (wie J.B.Lamarck 1809 sagt) „unsichtbares Fluid“ es ist, das einen Einfluss darauf nimmt. Das Interesse, auf diese Frage eine Antwort zu bekommen, trieb auch die Entdeckungen von Charles Darwin voran, die er 1859 in seinem Buch „Über den Ursprung der Arten durch natürliche Zuchtwahl“ veröffentlichte. Die Grundlagen dieser Wissenschaft (deren Name „Genetik“ von W. Bateson 1907 vorgeschlagen wurde) legte 1865 der Augustinermönch Johann Gregor Mendel (1822-1884), also zweiundvierzig Jahre bevor sie ihren Namen erhielt, als er in den „Verhandlungen des Naturforschenden Vereins zu Brünn“ die Ergebnisse seiner Untersuchungen über die Vererbung von Merkmalen bei Erbsen (Pisum sativum) unter dem Titel „Versuche über Pflanzenhybriden“ veröffentlichte. Er war der erste, der auf Grund exakter Beobachtung behaupten konnte,

Nachkommen würden „diskrete Faktoren“ (die später als Gene bezeichnet wurden) erben. Diese Erkenntnis war im Gegensatz zur damals herrschenden Meinung,die besagte, dass bei der Vererbung eine nicht näher erklärte „Vermischung“ stattfinden würde. Was ermöglichte es ihm, zu dieser revolutionären Erkenntnis zu gelangen? Erstens, seine genaue und sorgfältige Versuchsplanung. Bei seinen Kreuzungsversuchen musste zB. Selbstbefruchtung ausgeschlossen werden. Zweitens half ihm sein gute mathematiche Ausbildung und seine klare Vorstellung von Statistik, Standardabweichung und Signifikanz. Er musste eine große Zahl von Kreuzungsversuchen durchführen, um das von ihm beobachtete 3:1 unter den Nachkommen auf dem entsprechenden Signifikanzniveau beweisen zu können. Drittens, die wie wir heute wissen korrekte Interpretation der eben erwähnten Zahlenverhältnisse auf der Grundlage von damals völlig unbewiesenen Annahmen, die sich aber später als vollkommen zutreffend herausstellten. Diese waren:

Somatische Zellen sind diploid, bei der Entstehung der Gameten (Eier und Spermien) wird der Chromosomensatz halbiert und es entstehen haploide Fortpflanzungszellen (Gameten), bei der Befruchtung entsteht aus den haploiden männlichen und weiblichen Gameten eine diploide Zygote, aus der alle somatischen Zellen des Individuums hervorgehen. Wenn ein Individuum von einem Erbträger (Gen) zwei verschiedene Versionen (Allele) enthielt, so nannte er es gemischterbig (heute: heterozygot), enthielt es zwei gleiche Allele, so nannte er es reinerbig (heute: homozygot).

Mendel hat also lange vor den Entdeckungen vieler Einzelheiten über Zellen und Geschlechtszellen – Gameten, Chromosomen, Mitose, Meiose und die Struktur der Nukleinsäuren, logische Schlussfolgerungen aufgestellt, die später nach ihm, als die Mendelschen Gesetze, benannt wurden. Mendel gliederte seine Erkenntnisse in zwei Regeln oder Gesetze. Das erste Mendel’sche Gesetz betrifft die Spaltung oder Segregation der Merkmale der Eltern unter den Nachkommen, also das berühmte 3:1 in der zweiten Filialgeneration. Das zweite Mendel’sche Gesetz betrifft Zwei-Faktor-Kreuzungen, also Kreuzungen, in denen zwei Merkmale der Eltern sich auf die Nachkommen aufteilen. Mendel fand in diesem Fall in allen 7 untersuchten Fällen dass die beiden unterschiedlichen Gene (Merkmalspaare) sich nicht gegenseitig beeinflussten. In heutiger Interpretation beruhte dies darauf, dass die betreffenden Gene auf verschidenen Chromosomen lokalisiert waren, oder, wenn auf einem Chromosom, dann hinreichend weit voneinander entfernt, so dass sie sich „ungekoppelt“ verhielten, das heißt in 50% der Kreuzungen durch meiotische Rekombination getrennt wurden. Wenn Gene nahe benachbart auf einem Chromosom liegen, kann aus der Rekombinationsfrequenz der genetische Abstand der beiden Gene berechnet werden, wie wir seit den grundlegenden Arbeiten der Gruppe um T.H.Morgan (ab 1911) wissen. Mit diesen Methoden wurden und werden immer noch Genkarten der untersuchten Organismen erstellt.

Dass Eiweiße (Proteine) in jeder Zelle von Lebewesen vorhanden sind, war längst bekannt, doch erst nach der Entdeckung der Nukleinsäuren durch Friedrich Miescher (1870) und nach der Entdeckung der Übertragung von Eigenschaften durch gereinigte DNA (Transformation) durch Oswald Avery (1944) wurde klar, dass DNA der grundlegende Erbstoff ist. Obwohl Mendel den Aufbau der Chromosomen, die linearen Abfolge der Gene auf dem Chromosom und auch die Struktur der Nukleinsäure nicht kannte, haben gerade seine Arbeiten die späteren Forschungen angeregt, die Antworten auf diese und andere zahlreiche Fragen zu suchen. Die Doppelhelix-Struktur der DNA und der daraus abgeleitete Mechanismus der Verdoppelung (Replikation) wurde 1953 J. Watson und F. Crick beschrieben, was als die größte Entdeckung in der Biologie betrachtet wird. Diese Entdeckung war der Anstoß für die neuen wissenschaftlichen Disziplinen, wie die Molekularbiologie und die Molekulargenetik. Dank zahlreicher Arbeiten von Wissenschaftlern (an Hefen, Bakterien, Taufliegen und vielen anderen Organismen, sowie an Viren), wurde die Rolle der Enzyme erklärt, die RNA durch Ablesen der DNA synthetisieren. Ab etwa 1949 wurde klar, dass das genetische Material durch chemische und physikalische Einwirkungen beschädigt werden kann und dass diese DNA-Schäden durch eine Vielzahl von Reparaturmechanismes wieder beseitigt werden können. Einer der Pioniere der Erforschung der DNA Reparatur war Miroslav Radman, von dem das Konzept des SOS-repair stammt (1974).

Etwa zu dieser Zeit (1976) begann das Zeitalter der „reversen Genetik“ und des „genetic engineering“ durch die Entdeckung und Anwendung der Restriktionsenzyme, die Herstellung rekombinanter Plasmide von Bakterien und rekombinanter viraler Vektoren, und die effiziente Transformation von solchen Plasmiden in bakterielle und eukaryotische Zellen. Es entstanden dadurch Erbträger (und später auch ganze Chromosomen), die es in der Natur nicht gibt. Um nur ein Beispiel zu nennen, Erdbeeren mit dem Gen eines Fisches, das ihnen Frostresistenz verleiht. Damit begann eine neue genetische Ära, die auf der einen Seite Kritik erfährt, aber auf der anderen Seite auch Lob und Unterstützung, die die Ära des genetischen Engineering genannt wird. In der Landwirtschaft und im Weinbau können solche Verfahren ebenso wie die klassischen Züchtungsverfahren eingesetzt werden um neue und verbesserte Sorten zu erzielen.

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