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Genetisches Fingerabdruckverfahren - Referat
Methodik und Anwendungsgebiete des genetischen Fingerabdruckverfahrens
Unter dem genetischen Fingerabdruck versteht man eine molekularbiologische Methode um aus informationsfreien Abschnitten der DNA ein individuelles Bandenmuster zu erstellen.
Einführung
Das menschliche Genom besteht aus 7 Milliarden Informationseinheiten. Diese Einheiten werden Nukleotide genannt und sind aus einem Phosphatrest einem Zucker( Desoxyribose) und 4 verschiedenen Basen( Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin) aufgebaut. Die Abfolge der Basen in dem DNA-Molekül codiert für verschiedene Proteine bzw. Enzyme. Da die meisten Menschen gleiche oder ähnliche Proteine haben, gibt es innerhalb der Regionen die für Proteine codieren zwischen den Individuen kaum Unterschiede. Jedoch macht der Teil der für Proteine codiert nur etwa 5% des gesamten Genoms aus. Der Rest ist eine Sequenz deren Bedeutung man sich noch nicht im Klaren ist. Jedoch ist hier die Variabilität zwischen den Individuen sehr groß, da in diesen Regionen Mutationen und andere Veränderungen keinen Einfluss auf den Organismus haben.
Das hat zur Folge, dass sich in der Evolution erhebliche Unterschiede in den Genomen ergeben haben. Eine besonders hohe Variabilität weisen die so genannten „ einfach repetitiven“ Sequenzen aus. Diese zeichnen sich durch eine sich immer wiederholende Sequenz aus (z.B.: GGAT GGAT GGAT GGAT) Diese Sequenzen sind meist über das gesamte Genom verteilt. Das entscheidende daran ist das man diese Sequenzen bei allen Menschen an verschiedenen Positionen im Genom findet.
Die nachfolgend dargestellten Methoden beruhen alle auf der Entwicklung der Oglionukeotid-Sonden. Mithilfe dieser Sonden konnte man alle spezifischen Bandenmuster aller Lebewesen untersuchen.
Isolieren, Schneiden und auftrennen der DNA
Zur Isolierung der DNA benötigt man Zellen in denen Zellkerne enthalten sind. Dabei st es egal welche Sekrete oder Gewebe dabei benutzt. Die DNA wird aus jedem Zelltyp mit einem spezifischen Verfahren gewonnen.
Die somit erhaltene DNA wird mithilfe von Restriktionsenzymen verdaut. Diese Enzyme sind in der Lage bestimmte Sequenzen in der DNA zu erkennen und dann den Doppelstrang an dieser bestimmten Stelle zu schneiden. Somit erhält man Fragmente verschiedener Länge.
Die verschieden langen DNA-Fragmente müssen nun aufgetrennt werden. Dies geschieht in eine Agarose Gelelektrophorese. Dieses Agarosegel ist wie ein Netz aufgebaut. Das bedeutet, dass kleinere Fragmente schneller durch dieses Netz gelangen als große Teile.
Aufgrund der negativen Ladung( Phosphatrest) der DNA wandern die Fragmente in einem Elektrischen Feld zum Pluspol. So kann man die Fragmente nach ihrer Laufstrecke im Gel der Größe nach unterscheiden und auftrennen.
Entstehung des genetischen Fingerabdrucks
Nach der Elektrophorese wir das Gel getrocknet in dem ein Vakuum an das Gel angelegt und somit Wasser entzogen wird. Danach wird der Doppelstrang mithilfe einer alkalischen Lösung in Einzelstränge zerlegt (Denaturierung). Da man nur die „einfach repetitiven“ Sequenzen erhalten möchte benutzt man Oglionukleotid-Sonden die die gleiche Basen-Abfolge besitzen wie die gewollten Sequenzen. Durch die komplementäre Basepaarung lagert sich diese Sonde an die repetitive Sequenz (Hybridisierung). Um später diese Sequenz wieder zu erkennen markiert man die Sonde meist mit einem radioaktiven Stoff. Durch mehrmaliges Waschen kann man das übrig Sondenmaterial aus dem Gel entfernen.
Jetzt kann man die Stellen an denen sich die Sonden angelagert haben nachweisen indem man einen Röntgenfilm auf das Gel auflegt. Dort wo sich der radioaktive Marker, und damit die Sonde befindet wird sich der Röntgenfilm schwärzen. So entsteht ein Restriktionsenzym- und Sondenspezifisches Bandenmuster. Dieses Muster ist bei allen Menschen unterschiedlich (Ausnahme: Eineiige Zwillinge).
Vererbung der „Fingerprint“ Bandenmuster
Die Vererbung der Bandenmuster folgen den Mendelschen Regeln. Das bedeutet dass sich das Bandenmuster der Nachkommen aus den Bandenmustern der Eltern zusammensetzt. Dabei geben die Eltern im Durchschnitt ihrer Banden an das Kind ab.
Das „Fingerprinting“ kann auf alle Eukaryonten übertragen werden.
„Multi-Locus“ und „Single-Locus“ Sonden
Man kann auch Sonden benutzen bei dem nicht mehrere Genorte („Multi-Locus“) sonder nur ein bestimmter Genort („Single-Locus“) nachgewiesen wird. Dadurch entstehen nur zwei Banden, nämlich eines vom Vater und eines von der Mutter. Auch dieses System ist sehr variabel.
Anwendungsbereich des Fingerabdrucks
Der größte Anwendungsbereich des genetischen Fingerabdrucks ist der Elternschaftsnachweis. Hierbei werden die Bandenmuster des Kindes mit denen der Eltern verglichen. Da jedes Elternteil etwa die Hälfte seiner Bandenmuster abgibt lässt sich relativ einfach herausstellen ob die Untersuchten Menschen wirklich die Eltern sind.
Wenn zum Beispiel die Banden des Kindes hohe Übereinstimmung mit denen der Mutter haben, aber keine mit dem Vater, und zusätzliche Banden aufweist die weder Vater noch Mutter besitzen so lässt sich eindeutig sagen, dass der soziale Vater nicht der leibliche Vater ist.
Diese Erkenntnisse sind nicht nur für Menschen sehr wichtig sondern die Soziobiologen können dadurch den Fortpflanzungserfolg eines Individuums genau feststellen. Dadurch konnte man auch herausfinden, dass Kohlmeisen Väter weniger fürsorglich mit den Nachkommen waren wenn sie von den Kohlmeisenweibchen betrogen wurden und somit die Nachkommen nicht von ihnen stammten.
Ein anderer Erfolg der Soziobiologen mithilfe des Fingerabdrucks war die Untersuchung von Rangordnung im Zusammenhang mit dem Fortpflanzungsverhalten. Dabei konnte herausgefunden werden, dass sich der Fortpflanzungserfolg bei einem ά-Männchen in einer größeren Gruppe gegen 0 strebt. Dies konnte die landläufige Meinung widerlegen, dass die ά-Männchen generell den Vorzug bei der Vermehrung haben.
Mit diesem Fingerabdruck lässt sich ohne großen Aufwand zweifelsfrei herausfinden ob ein Mann der Vater eines Kindes ist oder nicht. Dies ist ein großer Vorteil bei Vaterschaftsklagen. Aber es kann auch die Abstammung von z.B. Zuchtpferden herausgestellt werden, was wichtig ist da diese Pferde sehr wertvoll sind.
Ein sehr wichtiger Punkt des genetischen Fingerabdrucks ist die Aufklärung von Straftaten. Es reichen schon kleinste Mengen an Zellen (ca. 3µg) um einen Fingerabdruck herzustellen. Das ist nur deshalb möglich da die DNA ein sehr stabiles Molekül ist. So kann man am Tatort Gewebe oder Sekrete des Täters untersuchen. Somit kann man ein Bandenmuster erstellen und mit verdächtigen Personen abgleichen.
Mithilfe des Fingerprinting kann man auch Menschen identifizieren die man visuell nicht mehr erkennen kann.
Auch in der Krebsbekämpfung wird der Fingerabdruck eingesetzt. Die DNA in jeder Zelle des Körpers ist identisch, jedoch die DNA in bösartigen Tumoren ist mutiert und deshalb unterschiedlich. Durch diesen Fortschritt in der Diagnostik erhofft man sich auch einen Fortschritt in der Anwendung und Weiterentwicklung dieser Methode.
Moralische und ethische Verpflichtungen
Da bei den „Multi-Locus“ Sonden nur die Fragmentlänge von anonymen DNA-Regionen miteinander verglichen wird ist die Gefahr des „gläsernen Menschen“ gering. Auch wenn man diese Sequenzen untersuchen würde könnte man keine Infos über Merkmale oder Verhaltensweisen des Menschen bekommen da die Regionen keine Informationen tragen. Jedoch wäre es möglich das Gel nachträglich mit einer Sonde hybridisiert und so eine Basensequenz zeigt die für ein bestimmtes Merkmal steht. Aus diesem Grund müssen Labors mit Auflagen belegt werden die solch eine Manipulation ausschließen.
Dieses Referat wurde eingesandt vom User: Mati
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