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Geschichte der Genetik

Wer von uns kennt nicht den Spruch aus dem Biologieunterricht, wenn ein weißes und ein schwarzes Kaninchen 4 Jungen bekommen, dann ist eines schwarz, eines weiß und zwei sind kariert. Es gibt natürlich keine karierten Kaninchen, aber es ist ganz anschaulich um damit das dem Leser zu erklären, was Mendel mit seinen Vererbungsgesetzen herausbekommen hat.

Eigentlich beginnt die Genetik im Jahre 1859 mit Charles Darwins Entstehung der Arten und ist mit dem Humangenomprojekt (der Entschlüsselung des Menschlichen Genoms) im Jahre 2004 (fertig sind wir damit immer noch nicht ganz) noch lange nicht abgeschlossen. Unglaublich spannende Ereignisse und damit verbunden eine ganze Reihe von Nobelpreisen in Chemie, Physik und Medizin liegen hinter uns und wahrscheinlich noch viele vor uns. Schauen Sie auf unsere Zeitleiste und lassen Sie sich entführen in die Vergangenheit, die Gegenwart und die mögliche Zukunft der Genetik:

1859


Charles Darwin veröffentlicht sein Buch „die Entstehung der Arten"

charles_darwin.jpg Er geht davon aus, dass sich alle Arten einmal aus dem gleichen Ursprung entwickelt haben.

   1. Variation ist zufällig
   2. Variation ist erblich
   3. Variation ändert sich im Laufe der Zeit

Heute wissen wir, dass der genetische Code (die Basenpaare, von denen wir berichtet haben) für alle Lebewesen die gleiche Bedeutung hat. Der Code für ein bestimmtes Eiweiß ist beim Mensch, beim Wal und bei Bakterien gleich. Deshalb können wir menschliche Gene in Bakterien einbauen lassen. Aber wir haben natürlich nicht alle die gleichen Gene. Allerdings - so groß ist der Unterschied teilweise gar nicht. Übrigens ist 98,7 % des menschlichen Genoms mit dem des Schimpansen identisch.

Charles Darwin (Foto) hatte eine Idee davon, dass sich vorteilhafte Gene verstärkt durchsetzen (positive Selektion), aber er wusste nicht wie. Leider hatte er das fast zeitgleich erschienene Buch von Mendel über die Vererbungslehre nicht gelesen.

1865


Gregor Mendel veröffentlicht die „Versuche über Pflanzenhybriden“

gregor_mendel.png Durch Versuche an Erbsen fand Mendel (Foto) folgende Gesetze der Vererbung, die bis heute im Grundsatz noch ihre Gültigkeit besitzen:

Das Uniformitätsgesetz 
Nachkommen homozygoter Eltern (aa oder AA) sind untereinander identisch
Weiße Erbse (aa) kreuzt sich mit roter Erbse (AA = dominantes Merkmal) die Nachkommen haben alle eine rote (weil dominante) Farbe und die genetische Situation (Aa)

Das Spaltungsgesetz   
kreuzen sich zwei dieser Nachkommen (2 x Aa) wieder – und jetzt kommen wir zum Beispiel der Kaninchen von oben - dann wird dabei einmal ein rotes mit den Genen AA zwei mit den Genen Aa (die dann rot sind, aber das Gen für beide Farben in sich tragen - sozusagen die karierten) und eines wird aa und damit wieder ganz weiß sein

Das Gesetz der freien Kombinierbarkeit der Gene 
alle einzelnen Gene können sich bei der Kreuzung frei mischen. Es gibt also kleine rote und große rote und kleine weiße Erbsen und umgekehrt. ies gilt heute nur noch mit Einschränkung, da man weiß, dass manche genetischen Eigenschaften kombiniert miteinander oder gekoppelt vererbt werden.

Mendels Arbeit bildet die Grundlage für die Erforschung und unser Wissen über die Gene. Erst im Jahr 1900 wurde dieses Wissen richtig verstanden und genutzt durch die Forscher Erich von Tschermak-Seysenegg, Hugo de Vries und Carl Erich Correns. Aber erst der Wissenschaftler Batson verbreitete diese Erkenntnis, er war auch der Entdecker der genetischen Koppelung.

1869


DNS wird isoliert

friedrich_miescher.jpg Der Medizinstudent Johann Friedrich Miescher (Foto) isoliert erstmals die DNS  (er wird übrigens 1872 im Alter von 28 Jahren Professor). Es dauerte allerdings noch viele Jahrzehnte, bis seine Arbeit richtig eingeschätzt wurde. Noch in den 50-iger Jahren glaubte man, dass unsere Proteine unser Erbgut tragen, nicht die DNS.








1928


Das transformierende Prinzip

fred_griffith.jpg Frederick Griffith forscht an Bakterienstämmen und entdeckt etwas, dass er das transformierende Prinzip nennt. Er erkennt, dass Bakterien ihre Erbinformation gegenseitig austauschen können.  Seine Erkenntnis führte die Forscher wie Avery, Mc Carthy, MacLeod und schließlich Chargraff dazu,  sich mit der DNS als Träger der Erbinformation zu beschäftigen. Chargraff war auch der Entdecker der Verhältnisse der einzelnen Basen untereinander in der DNS.






1931


Die springenden Gene

Das Mikroskop von Barbara McClintock mit untersuchten Maiskolben Barbara McClintock entdeckt und beschreibt schließlich ausführlich im Jahre 1951 die so genannten springenden Gene. Sie erkennt, dass bei der Verschmelzung zum Beispiel von Eizelle und Samen ganze Teile eines Chromosoms ausgeschnitten werden können und an einer anderen Stelle wieder zusammengefügt werden können. Für diese Entdeckung wurde ihr 1983 der Nobelpreis für Medizin verliehen.






1953


Struktur der DNS dank Röntgenstrahlen

Rosalind Franklin Rosalind Franklin (Foto) zeigt in ihren Versuchen mit Röntgenstrahlen die Struktur der DNS auf.  Auf Grundlage dieser Röntgenstrukturanalysen wird die DNA-Struktur durch James Watson und  Francis Crick als Doppelhelix beschrieben. Übrigens ein spannender Krimi zum Thema wer hat was  als erster entdeckt, da ein Mitarbeiter von Franklin, der Forscher Maurice Wilkens, vor der  Veröffentlichung ihrer Ergebnisse den beiden Forschen Watson und Crick ein Foto gezeigt haben soll, auf dem diese beiden dann die Doppelhelix erkannten und richtig interpretierten. Sie zeigten damit den möglichen Vervielfältigungsmechanismus für die genetische Erbsubstanz auf.  Crick und Watson und Wilkens erhielten dafür 1962 den Nobelpreis für Medizin.






1961


Die Entschlüsselung des genetischen Codes

Marshall Nierenberg gelingt mit seinem Mitarbeiter Heinrich Matthei die Entschlüsselung des genetischen Codes. Sie stellen fest, dass immer genau drei Basen (Triplett oder auch Codon genannt) durch ihre Reihenfolge in eine Aminosäure übersetzt werden kann. Dieser Code ist im Grundsatz bei allen Lebewesen der gleiche, also universell gültig. Ausnahmen bilden leichte Abwandelungen zum Beispiel bei einigen Blaualgen und Bakterien. Nierenberg und Matthei legen damit die Basis für die Entschlüsselung des menschlichen Genoms.

1977


Die DNS-Sequenzierung

Frederick Sangers erfindet die DNS-Sequenzierung und erhält dafür 1989 zusammen mit Walter Gilbert der Nobelpreis für Chemie. Kein Genetikprojekt der heutigen Zeit kommt ohne seine Technik aus. Er ermöglicht dem Molekulargenetiker, den Aufbauprozesses der DNS durch Abschneiden eines Sauerstoffatoms zu stoppen und damit die einzelnen Basen auseinander zuschneiden und somit zu entschlüsseln und natürlich auch neue hineinzufügen.

1978


Entdeckung der Restriktionsenzyme

Werner Arber, Daniel Nathans und Hamilton Othanile Smith erhalten den Nobelpreis für Physiologie bzw. Medizin für ihre grundlegenden Arbeiten zur "Entdeckung der Restriktionsenzyme und ihre Anwendung in der Molekulargenetik". Diese Restriktionsenzyme schneiden die DNS nicht einfach ab, sondern bilden kleine Überhänge, die Forscher dann gezielt abschneiden und neue einfüGen können. Dies legte die Grundlage zur Gentherapie. So ist es zum Beispiel dadurch möglich, dass man einem  Bakterium die Information und damit den Befehl einfügt menschliches Insulin zu produzieren.

1985


Polymerasenkettenreaktion und genetischer Fingerabdruck

Kary Mullis entdeckt die Polymerasenkettenreaktion kurz PCR (ihm soll diese Idee bei  einer Autofahrt gekommen sein). Im Prinzip funktioniert sie wie ein Kopierer von Teilstücken der DNS. Er ermöglichte es, dass man kleinste Proben von genetischem Material in gewünschten Teilbereichen so häufig vervielfältigen kann, dass sie einer Analyse und der Forschung zur Verfügung stehen. Labore weltweit kommen heute nicht mehr ohne diese Technik aus. Jede Humangenetische Untersuchung benutzt diese Technik. Übrigens soll Mullis von seiner Firma für dieses Entwicklung 10.000,00 $ erhalten habe. Dieselbe Firma soll anschließend das Patent an die Schweizer Firma Roche für 300 Mio. Dollar verkauft haben. Allerdings erhielt er im Jahre 1993 den Nobelpreis für Chemie
         
Sir Alec Jeffrey entdeckt den genetischen Fingerabdruck. Er kann nachweisen, dass kein Mensch, wenn er keinen eineiigen Zwilling hat, dem anderen wirklich gleicht. Dabei werden nicht die 2 % der echten Erbinformation für die Unterscheidung der Menschen untereinander genutzt, sondern die 98 % der eigentlich überschüssigen DNS. Viele Menschen konnten seitdem aufgrund von DNS Analysen eines Verbrechens überführt werden, aber auch einige unschuldig verurteilte konnten rehabilitiert werden.

1990


Das Humangenomprojekt

Das Humangenomprojekt (HGP) wird ins Leben gerufen. Erstmals arbeiten Wissenschaftler weltweit gemeinsam an der Entschlüsselung unserer Erbinformation. Die Wissenschaftler erhalten eine Zeitvorgabe bis zum Jahr 2010.

1997


Klonen wird Realität

Dolly - das erste geklonte Säugetier der Geschichte Die Welt wird über die Geburt des ersten Klon-Schafs Dolly informiert. Aus einer Körperzelle eines Mutterschafs war der Kern in eine kernlose Eizelle eines anderen Muttertieres eingebracht worden. Diese Eizelle wurde zum Teilen angeregt und dann in die Gebärmutter eines dritten Schafs verbracht. Eigentlich hatte Dolly drei verschieden Mütter und keinen Vater. Dolly musste im Alter von nur 6 Jahren (statt normal 11-12 Jahre) eingeschläfert werden. Sie litt an einer Lungenkrankheit und hatte schon sehr früh eine Gelenksentzündung bekommen. Möglicherweise trug der Kern doch die Information für das Alter der Zelle aus der er stammte in sich.

Im Jahre 2002 behauptete die Firma Clonaid, dass das erste Klonkind erschaffen und gesund zur Welt gekommen sei. Allerdings ist die Sekte der Realianer – sie glauben daran, dass alles Leben auf der Erde vor vielen Jahrtausenden von außerirdenen Wissenschaftlern durch Klonen entstanden sei- , die hinter der Firma Clonaid steht, den Beweis für ihre Behauptung bis heute schuldig geblieben.

2001


Fortschritt beim Humangenomprojekt (HGP)

Das HGP gibt eine erste Arbeitsversion einer Entschlüsselung des menschlichen Genom. Auf der ganzen Welt wird in den Medien verkündet das mendschliche Genoms sei nun bekannt.  Die Fehlerquote ist allerdings mit 60 % noch sehr hoch und in Wirklichkeit steht das HGP noch am Anfang seiner wirklich großen Entdeckungen.

2005


Das Genom ist entschlüsselt

HGP gilt als abgeschlossen, das letzte Chromosom Nr. 1 ist entschlüsselt. Die Gruppe um Simon Gregory gibt an, dass das menschliche Genom nunmehr zu 99,9 % entschlüsselt sei. Zwischenzeitlich wurden die Basenpaare entschlüsselt, die zwischen den eigentlichen Genen sitzen und wichtige Funktionen beim An - und Abschalten der Gene haben.

Die führende Kraft bei HPG war ihr Leiter, der Forscher Francis Collins, der sich bis heute erfolgreich dafür einsetzt, dass die Analyseergebnisse frei zugänglich sind. Es sind noch viele Fragen offen. Man kann es sich ungefähr so vorstellen:  wir kennen die einzelnen Gebäude in einer Stadt, aber immer noch nicht alle Straßen, die dahin führen.

Ausblick


Ein Blick in die Zukunft...
Stammzellforschung
Stammzellen können zu allen Zellen heranreifen, gewonnen werden sie zurzeit überwiegend aus Embryonen, daher unterliegt dieser Forschungszweig strengen Kontrollen. Aber auch das Gewinnen körpereigener Stammzellen wird bereits praktiziert. Ein Forschungsziel ist es, gezielt Zellgewebe nachwachsen zu lassen. Damit könnte es möglich werden einem Querschnittsgelähmten eine neue Verbindung zu schaffen zwischen durchtrenntem  Rückenmark und intaktem Rückenmark. Er könnte dann wieder laufen lernen. Angewandt wird diese Technik bereits bei Knorpelgewebe, dass Arthrosekranken zum Beispiel in die Schulter oder in das kranke Kniegelenk gespritzt wird. Man hat bereits körpereigene Herzmuskelzellen herangezüchtet, die sich nach Injektion an den Ort eines Infarktes setzen, um dort die zerstörten Herzzellen wieder zu ersetzen, es ist bereits bei einer Leber gelungen sie zu regenerieren durch aus Stammzellen gewonnene Leberzellen. Und die Tumorforschung ist dabei Stammzellen zu züchten, die gezielt in Glioblastome (Gehirntumoren) und Gehirnmetastasen (Tochtergeschwulsten) einwandern und diese zum absterben bringen können. Dies wird zum Beispiel gerade an der Hamburger Universitätsklinik erforscht und bereits erfolgreich durchgeführt.

Proteomic   
Die Lehre von allen Proteinen.  Proteine verrichten in Wirklichkeit die Arbeit in unserem Körper. Die Entschlüsselung aller Proteine könnte zu Entwicklung ganz neuer Medikamente und damit zur Heilung vieler Krankheiten beitragen

Pharmakogenetik
Die Entwicklung von maßgeschneiderten verträglichen Medikamenten ist der Wunsch vieler Ärzte und sicherlich auch der Patienten. Viele Medikamente werden über drei unterschiedliche Wege in der Leber verarbeitet. Je nach genetischer Veranlagung braucht der Einzelne eine Standarddosis, aber manchmal braucht er auch eine höhere Dosis um eine Wirkung zu erzielen. Manchmal macht es Sinn eine ganze Gruppe von Medikamenten zu meiden, weil man sie nicht gut verträgt. Vieles kann man heute schon beurteilen. Aber eine maßgeschneiderte individuelle Medikamentenliste für jeden Einzelnen ist gar nicht so weit weg. Näheres siehe Genanalysen.

Nutrigenomics –
Wüssten wir alle Erbinformationen im Zusammenhang richtig zu deuten, müssten wir in der Lage sein, jedem Menschen eine maßgeschneiderte Ernährung zu empfehlen. Die Forschung in diesem Bereich ist bereits sehr fortgeschritten. Die Empfehlung hängen natürlich nicht nur von genetischer Veranlagung, sondern auch von der Umwelt und der Lebensweise des Einzelnen ab. Aber wenn man die Basis kennt, kann man sehr genaue Hinweise geben, z.B. welche Vitamine gezielt ergänzt werden sollten. Näheres siehe Genanalysen

Nanotechnologie
Man ist heute in der Lage genetische Information in Form eines unglaublich kleinen Barcodes auf einem Nanopartikel aus Gold zu speichern. Diese Information kann in die genetische Information zum Beispiel in eine Krebszelle eingebracht werden. So könnte es möglich werden genau diese Krebszellen und nur diese mittels Magnetfelder so stark zu erhitzen, dass sie absterben. Ein spannendes Zukunftsfeld. Die Berliner Charité erforscht dies im Augenblick mit Erfolg bei Glioblastomen (Gehirntumor)

 
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