Bio - Genetik

Summe aller Erbinformationen (Gene) eines (Haploide) Chromosomensatzes

Jedes Chromosom nur einfach vorhanden/gezählt

Jedes Chromosom doppelt vorhanden - homologe Chromosomen

* Diploid
* Triploid (ab hier steril, keine sexuelle Fortpflanzung mehr möglich, keine Frucht, aber Stecklinge)
* Tetralogie
* polyploid

* 46
*22 IMMER homologe Paare
* 1 Paar abweichend --> Geschlechtschromosomen
* Homolog: (XX) --> weiblich
* Heterolog: (XY) --> männlich

Ist 3 mal so groß wie das y Chromosom

* Chromosomenpräparate von Zellen
* Geordnete Darstellung aller Chromosomen einer Zelle

* Mitochondrium
* Chloroplasten

* Beim Menschen kontrollieren 37 mitochondrial Gene die Synthese von 13 der ca. 80 Protein-Untereinheiten der Atmungskette
* Die Erbinformation liegt als DNAds-Plasmidring vor
* Zu 99 % mütterlicherseits vererbt

* Ringförmig strukturiertes DNA-Genom
* eine eigene Proteinsynthese (100 Gene)
* ca 2000 Proteine

* Genom des Menschen vollständig zu entschlüsseln
* Abfolge der Basenpaare der menschlichen DNA auf ihren einzelnen Chromosomen durch Sequenzieren zu identifizieren
* Abfolge von 3,27 Mrd. Basenpaare entspricht ca 20.000 bis 25.000 Genen

Nein

* Einander entsprechende Gene auf homologen Chromosomen
* Mutationszustände eines Gens

* identisch: homozygot (reinerbig)
* verschieden: heterozygot (Mischerbig)

* Dominant
* rezessiv
* Intermediär
* Co-dominant

Genotyp und Phänotyp --> Basis für mendlsche Vererbungslehre

Sexuelle Fortpflanzung
--> sexuelle recombination erzeugt genetische Variabilität

Gameten

Verschmelzen zu Zygoten

* Dominant Rezessiv
* Intermediär
* Co-dominant
* X chromosomal rezessiv

--> P: w/w oder r/r —> homozygote
--> F1 Generation: Uniformitätsregel: Alle Genotypen und Phänotypen gleich (rw)
--> F2 Generation: Dominate (rot) und rezessive (weiß) phänotyp zeigen Verhältniss von 3:1
Rr rw rw we (3 rot 1 Weiss)
Genotypisches Verhältnis 1:2:1

--> Elterngeneration homozygotische Anlagen (w/w oder r/r)
--> F1 Generation: Uniformitätsregel —> alle rw = rosa
--> F2 Generation: phänotypisches Verhältnis 1:2:1 rr rw rw rr

--> Alle Mitglieder der F1 Generation bilden beide Merkmale der Eltern separat aus
--> Beispiel ist die Vererbung der Blutgruppe (A und B sind dominant gegenüber 0 und verhalten sich untereinander gleichwertig, also co-dominant)

* Bluterkrankheit (Hämophiler mann und Konduktoren heiraten, kriegen vier Kinder, zwei sind krank bzw hämophil, ein Junge ist gesund und eine Tochter ist Konduktor--> 50% Wahrscheinlichkeit der Krankheit)
* rot-grün- farbenblindheit

* parasexuelle Vorgänge bei Prokaryonten
* Meiose bei Eukaryonten/Gameten Verschmelzung
* Mutation
* Gentechnik

* Transduktion
* Konjugation

Bakterienphage befällt Bakterienzelle —> baut virale dna ein —> Replikation —> neue Phagen

Über Sex pilus Plasmidübertragung

Bleibende Veränderungen im Genom

Können alle Organismen und auch Viren betreffen
- Vielzeller: mutation in Somazelle betrifft selben Organismus
- Mutaion in Gameten betrifft Nachkommen
- Einzeller: immer betroffen

* Spontan —> meist Fehler bei der DNA Replikation, Reparatur und Rekombination (crossing over )

Strahlung, chemische Mutagene, Häufigkeit erhöht je nach Exposition

Nö, Sind zufällig; eventuell „hotspots“. —> Außenseite der Chromosomen-Basen sind nicht stabil —> entstehen öfters Mutationen
* Stille Mutation
* In Genen und Promotoren – in der Regel negative Auswirkungen falls kritische Stellen

* Chromosomenmutation (Numerisch und strukturell)
- genommutation
- Chromosomenmutation

* Mutationen einzelner Gene
- genmutation/Punktmutation

Zahl der Chromosomen verändert sich, weil Spindelapparat falsch gebildet wird und sich die Chromosomen nicht trennen

* Polyploidie (Euploidie)
* Aneuploidie

Gesamter Chromosomensatz vervielfältigt > 2n (3n Triploidie, 4n Tetraploidie)

*. Mensch: letal, 17% Spontanaborte im 1/3
* Pflanze: häufig, zT Nutzpflanzen mit höherem Ertrag (ab 3n steril)

* Einzelne Chromosomen zu viel oder zu wenig

* Monosomie: 2n-1 (Turner Syndrom)
* Trisomie 2n+1
* Tetrasomie. 2n+2
* Trisomie 21
* Trisomie 18

Fehlerhafte Verteilung der Chromosomen bei der Meiose oder Mitose = "nicht-auseinanderweichen"

* Downsyndrom
* 1:500
* 21. Chromosom mehrfach vorliegend
* je mehr vorliegt —> desto stärker die Ausprägung des Syndroms
* je älter die Frau —> desto höher das Risiko

Pränatal

* Invasive Untersuchung
* Nicht invasive pränatale Diagnostig (NIPD)

* Amniozentese —> Fruchtwasseruntersuchung
* Chorionzottenbiopsie —> von Plazenta Stück entnommen

* Bluttest
* Ultraschalluntersuchung —> Nackenfaltenmessung

* Edwards Syndrom
* 1:6000
* Chromosom 18 dreifach vorhanden

* Translokationen können Tumorauslöser sein
* Falls Geschlechtszellen betroffen —> schwere physische und mentale Beeinträchtigungen der Nachkommen
* eventuell Manifestation als Erbkrankheut

* nur ein Gen betroffen
* Ursache : Veränderung der basensequenz während der Replikation

* Substitution eines basentripletts
* still, Fehlsinn oder unsinn Mutation

* Sichelzellanämie! Autosomal co-dominante Erbkrankheit

* Albinismus (fehlen von Melanin)
* Kreatinismus (Fehlen von Wachstumshormonen)
* Cystische Fibrose (zähes sekret der sekretorischen Drüse)
* Gehörlosigkeit (vererbbare Form)

* Vielfingrigkeit
* Familiäre Hyperchloresterinämie

Insertion/deletion Von Basen —> rasterschub

Bsp thymindimere unter uvb Strahlung
ReparaturenzMe sind photolyase

Strukturelle Veränderung einzelner Chromosomen

Deletion: ein Stück geht verloren
Inversion: ein Abschnitt führt sich umgekehrt ein
Translocation: Austausch
Duplication: Verdopplung

Ursache : * Chromosomenbrüche vor und während Mitose und Meiose
* Fehler beim Crossing over
* Viruserkrankungen
* Energiereiche Strahlung und chemische Mutagene

Technik zur Untersuchung der DNA oder deren Veränderung

* Zur Analyse genetischen Materials
* Zur Analyse der Genexpression
* Zur gezielten Veränderung genetischen Materials
* Zur Herstellung gentechnisch veränderter (=transgener) Organismen

Manipulation der DNA mithilfe von Restriktionsgenen und Ligasen

* stammen aus Bakterien
* Spezifischer schnitt
* wichtig für Einbau von dna Fragmenten

* Schnittstelle kann wieder verklebt werden/man kann ein anderes mit gleicher Sequenz kleben
* keine Tiere müssen sterben
* höhere Reinheit

* Bakterielle Plasmide als Knlonierungsvektoren
* Viren als Klonierungsvektoren
* In vitro klonierung durch PCR

* Verwendung modifizierte Plasmide mit Selektionsgenen und Reportergenen
* Spezifischer Schnitt mit Restriktionsenzymen bei Plasmid und Fremd DANN
* Einbau von DANN Fragmenten mit Ligasen
* Transformation von Bakterienzellen
* Vermehrung auf Selektionsmedium mit AB
* Identifikation von Zellklonen mit rekombinanten Plasmiden

* Restriktionsenzyme schneiden spezifisch Viren DNA und Fremd DANN
* Einbauvon DANN-Fragmenten mit Ligasen in Viren DNA
* Zielbakerien werden mit den modifizierten VIren infiziert
* Einschleusung des neuen Erbgutes in das Wirtsgenom
* Produktion der gewünschten Produkte

Viren sollen Wirtszelle infizieren aber nicht töten —> temperente Viren

* künstliches Genom darf nicht zu groß sein —> keine Verpackung in das Kapsid

* Vermehrung spezifischer DNA Sequenzen
* schnell
* auch bei kleinen Mengen und Verunreinigungen
* vollautomatisiert

* Analyse von genetischem Material
* Biotechnologie mit transgender Organismen
* Transgene Pflanzen
* Gentherapie

* Sequenzierung
* Diagnose und Früherkennung von Krankheiten
* Medizinische Forschung
* Abklärung von Verwandtschaftsverhältnissen
* Kriminalistisch

- Pharming mit transgenen Tieren

- Transgene Bakterien, Hefen
* Herstellung von Proteinen
* Stoffwechselprodukte
* Herstellung von Gentechnisch produzierten pharmaprodukten (Insulin, Blutgerinnungsfaktoren, Wachstumshormone, Impfstoffe/ak)

* Resistenzen gegen Schadorganismen
* Herbizidresistenzen
* Inhaltsstoffe
* Vitamine

Bsp. Golden Rice —> transgender Reis produziert provitamin a (gene aus Mais)

Therapie zur Reparatur defekter Gene

Substitution von pathologischen Geben durch eine gesunde Version

* Behandlung von adulten Stammzellen (z.B. Knochenmarksstammzellen) der erkrankten Person
* Behandlung von adulten, langlebigen Zellen z.B. Nervenzellen
* Neue Ansätze mit CRISPR/Cas9

* Gene können mit dem CRISPR/Cas System eingefügt, entfernt oder ausgeschalten werden
* Auch Nucleotide in einem Gen können geändert werden
* Molekularbiologische Methode um DNA gezielt zu schneiden und zu verändern
* Es können 2 Schnitte DNA-Sequenzen entfernt werden oder es kann an einen Schnitt eine andere DNA-Sequenz eingefügt werden

* Das DNA schneidende Enzym Cas bindet eine bestimmte RNA-Sequenz
* auf diese RNA-Sequenz folgt eine weitere, die per Basenpaarung an eine DNA mit komplementärer Sequenz binden kann
* die RNA dient hierbei als Brücke zwischen der zu schneidenden DNA und Cas
* durch die Verkettung des Enzyms Cas, der RNA und der DNA wird das DNA schneidende Enzym Cas in die räumliche Nähe der gebunden DNA gebracht, woraufhin das Enzym die (indirekt gebundene) DNA schneidet

* Cas-Protein Können als Ribonukleinproteine bestimmte RNA-Sequenzen binden
* Cas 9 kann bestimmte RNA-Sequenz binden und in der unmittelbaren Umgebung DNA schneiden

Die crRNA-spacer-Sequenz dient in der Funktion eines variablen Adapters, die komplementär zur Ziel-DNA ist und an die Ziel-DNA bindet

Die crRNA-repeat-Sequenz bildet eine RNA-Sekundärstruktur und wird dann von Cas9 gebunden, wodurch eine Änderung der Proteinfaltung von Cas9 erfolgt und die Ziel-DNA von der crRNA-spacer-Sequenz durch Basenpaarung gebunden wird

Bei der CRISPR/Cas Methode wird die crRNA-spacer-Sequenz geändert, um an einen andere Ziel-DNA zu binden

Die Sequenz des crRNA-spacer bestimmt, welche Ziel-DNA-Sequenz gebunden wird

* Erbgut wird mit höchster Präzision verändert
* keine Spuren im Genom
* einfache Durchführung
* geringe Kosten
* Gezielter Genknockout

1. Akquisitionsphase: Nach Virusinfektion wird in der CRISPR DNA ein neuer spacer eingefügt
2. Bearbeitungsphase: pre crRNA wird in Reife crRNA umgewandelt
3. Interferenzphase: Bakterium zerstört das eingedrungene Virus, indem mithilfe der passenden crRNA und cas9 das genetische Material des viruses zerschnitten wird