Serie: Genom - Von der Evolution zur Manipulation

Vom binären Code zum Basen-Triplett

Wenn wir das Licht einschalten, fließt Strom und wenn wir wieder ausschalten, wird´s finster. Diese zwei Zustände "ein" und "aus" oder auch als "1" und "0" zu bezeichnen bilden den binären Code, der unseren Computerwelten mit ihren Programmen, allen virtuellen Welten der Computerspiele und der Datenflut des Internets zugrunde liegt. Nur durch die Kombination von "1" und "0" in unendlichen Folgen wird dies möglich.

Das ist aber ein Lapperl im Vergleich zu unserem Genom: Die Grundbausteine aller Information sind die beiden Purinbasen Adenin (A) und Guanin (G) sowie die Pyrimidinbasen Cytosin (C) und Thymin (T). Immer eine dieser Basen zusammen mit einer Pentose als weiterem Baustein bilden die Nucleoside, die sich untereinander mittels Phosphatresten verknüpfen. So entstehen lange Ketten mit tausenden Nucleotiden (Nucleoside + Phosphatreste), die dann als (Desoxyribo-)Nucleinsäure(acid)ketten (DNA) sich paarweise zu Doppelhelixstrukturen umschlingen.

ATCG ist die genetische Schrift allen Lebens

In diesen Doppelhelixstrukturen sind die Basen immer nach innen gerichtet, eine Purinbase ist immer mit einer Pyrimidinbase mittels Wasserstoffbrücke verbunden. So paart sich immer A mit T und C mit G und wenn es zur Informationsweitergabe kommt (Transkription und Translation), bilden immer drei Basen der jeweiligen Kette ein Basen-Triplett als Codierungseinheit: CAT, TAG, GCT, AGC.......... Der Code gilt universell für alles Leben.

Aus 46 Chromosomen besteht das Genom des Menschen. Das kann aber stark varieren. So hat der Pferdespulwurm nur zwei Chromosomen, manche Farne aber mehrere hundert. Jedes Chromosom besteht aus unterschiedlich langen Ketten von DNA und sie formen sich zu Paaren, beim Menschen also 23 Paare, jeweils eines vom Vater und eines von der Mutter. Eigentlich sind es nur bei der Frau 23 Paare, da beim Mann das 46. Chromosom (Y) recht verkümmert ist und kein Paar bilden kann. Somit ist unumstritten, wer eigentlich das schwächere Geschlecht ist ;))

Richtig kompliziert wird´s aber, wenn die genetische Information in die Synthese der Bauteile aller Zellen und damit der Organismen übertragen werden soll. Davon später.

 

Genom - von der Evolution zur Manipulation

Folge 2

Das Genom schwimmt ja nicht irgendwo in der Zelle herum sondern ist eingeschlossen im Zellkern. Damit die Informationen der 46 Chromosomen aus dem Zellkern hinaus transportiert werden können, gibt´s Vehikel, die Ribonucleinsäuren (RNA). Diese RNA ist ein Spiegelbild der DNA, nur mit dem Unterschied, dass die Pyrimidinbase Thymin (T) durch eine andere namens Uracil (U) ersetzt wird und der Ribonucleinsäure das "Desoxy" fehlt.

Die Transkription

Ein spezielles Enzym, die RNA-Polymerase, lagert sich an den Doppelhelixstrang der DNA an, dieser entfaltet sich immer ein kurzes Stück und wie ein Schlitten gleitet die Polymerase dem DNA-Strang entlang und knüpft an jede Base das passende Gegenüber: C an G, A an T, G an C und U (statt T) an A. Ist die Polymerase am DNA-Strangende angelangt, löst sich der neugebildete RNA-Strang, der sich auch nicht als Doppelstrang umschlingt, sondern als einfacher Strang sich mehrfach faltet (sozusagen ein Knäuel). So kann er den Zellkern verlassen und gelangt an den Ort der Proteinsynthese, die Ribosomen.

Die Translation

Durch die Basen C, G, A und U lassen sich 64 verschiedeneTripletts bilden, die man aber nicht braucht, da nur 22 Aminosäuren (AS = Bausteine der Proteine) codiert werden müssen. So können einige AS durch zwei oder drei verschiedene Basentripletts codiert werden und 3 Tripletts codieren überhaupt keine AS. Das Ribosom gleitet wieder wie ein Schlitten der RNA-Kette entlang und wie bei einer Nähmaschine wird Triplett für Triplett die jeweils passende Aminosäure an den Proteinstrang angehängt. Wird dann eines der 3 nicht codierenden Tripletts erreicht, ist Stopp und das Protein fertig.

Proteine sind zumindest bei den höheren Lebewesen die am stärksten beteiligten Bausteine. Muskeln, Leber und Nieren bestehen (ohne Wasser) bis zu 80 Prozent aus Proteinen. Fast alle Enzyme sind Proteine so wie die Antikörper des Immunsystems, ebenso die Hormone und der rote Blutfarbstoff, das Hämoglobin.

Und weil Lebewesen wachsen und sich vermehren, gibt´s eine Zellteilung (Mitose) und zur Vermehrung die sogenannte Reifeteilung (Meiose). Da kommen wir dann der Gentechnik schon näher, beim nächsten Mal.

Genom - von der Evolution zur Manipulation (2)

Folge 3

Von der Zellteilung und der Kernteilung (Mitose)

Ein Grundprinzip allen Lebens ist Wachsen. Das geschieht in der Regel durch Zellteilung, die natürlich auch eine Teilung des Genoms bedeutet. Damit dann aber die beiden Tochterzellen nicht nur je ein halbes Genom haben, muss dieses zuvor sich verdoppeln.

Replikation

Die DNA-Elterndoppelhelix wird entspiralisiert und fährt sozusagen in einen Multienzymkomplextunnel hinein und am anderen Ende kommen zwei DNA-Tochterhelices heraus. Im "Tunnel" wird der Doppelstrang der einzelnen Chromosomen voneinander gelöst und asynchron beginnt an jedem der beiden Einzelstränge gleichzeitig an vielen Stellen (beim Menschen ca. 5000 Startstellen) die Synthese eines neuen dazu passenden DNA-Stranges, also immer A zu T, T zu A, C zu G und G zu C. Das verläuft mit hoher Geschwindigkeit (5000 Nucleotide pro Sekunde!). Die beiden Tochterdoppelstränge sind dann völlig ident mit dem Elterndoppelstrang.

Mitose

Sind nun alle Gene doppelt vorhanden (tetraploid), beginnt sich nach einigen Stunden die Zelle aus ihrem Zellverband zu lösen, sie schwillt an, die Chromosomenfäden im Zellkern kondensieren sich zu kurzen Chromatiden. Ausserhalb des Zellkernes hat gleichzeitig ein Zellorganell namens Zentrosom sich ebenfalls verdoppelt und beide Tochterzentrosomen wandern zu den entgegen gesetzten Zellkernpolen. Die Kernhülle löst sich auf und aus den Zentrosomen heraus bildet sich ein Teilungsapparat aus tausenden Mikrotubuli (lange "Röhren") namens "Spindel", die die Chromosomen nun in der Zellmitte organisiert. Dann verkürzen sich die Tubuli und zerren die beiden Tochterchromatiden auseinander. Das dauert ein paar Minuten. An jedem Zellpol ist nun ein kompletter Chromosomensatz versammelt. Dort entkondensieren sich die Chromosomen wieder und aus den mitgebrachten alten Zellkernanteilen bilden sich zwei neue Zellkerne. Jetzt kann sich auch die Zelle als Ganzes teilen.

Zytokinese

Die Zelle streckt sich und schnürt sich in der Mitte mit Hilfe von Filamenten (ähnlich wie im Muskel) immer mehr ein bis zur Zerschnürung in zwei Tochterzellen, die nicht unbedingt ganz gleich groß sein müssen.

Tumorwachstum

Damit bei der Verdoppelung der DNA nichts schief geht, gibt es eigene Tumorsuppressorgene für spezielle Proteine (Tumorsuppressoren), die darüber wachen, dass bei Beschädigung der DNA durch Strahlen oder kanzerogene Stoffe repariert wird, bevor sich die Zellen wieder teilen können. Wenn es nun aber passiert, dass es ein derartiges Tumorsuppressorgen selbst erwischt (Kopierfehler, Viren, Mutationen), dann potenzieren sich Genschäden fortlaufend, ihre Chromosomenzahl verändert sich. Solche abartigen Zellen können sogar "unsterblich" werden, sie können zusätzliche Eigenschaften annehmen und brauchen auch weniger Sauerstoff zum Überleben. Sie können ihre eigene Blutversorgung organisieren, sich aus dem Zellverband lösen und wandern (metastasieren), um sich in anderen Organen wieder fest zu setzen und dort weiter sich zu vermehren und zu wachsen. Das Immunsystem ist zwar in der Lage, solche Zelle aufzuspüren und zu bekämpfen, die Abwehrmaßnahmen sind aber meist nicht ausreichend, da die Krebszellen in ihrer Antigenität den normalen Körperzellen noch zu ähnlich sind.

Klonen

Das bedeutet die künstliche Erzeugung eines oder mehrerer genetisch völlig identer Lebewesen. Das ist in der Landwirtschaft eigentlich nichts Neues, wenn z.B. aus den Erdäpfeln einer Pflanze mehrere genetisch idente Pflanzen entstehen. Ähnliches passiert bei der Stecklingsvermehrung oder bei der Veredelung.

Beim tierischen Klonen entnimmt man einer Stammzelle (das ist eine Zelle, die sich noch nicht diffenziert hat z.B. in eine Leber-, Nerven- oder Muskelzelle) den Zellkern und setzt den einer Eizelle ein, deren Kern zuvor entfernt wurde. Da dieser Stammzellkern das gesamte Genom hat, braucht nun die Eizelle kein Spermium mehr, sie ist auch so komplett. Mit dem Schaf Dolly hat es 1996 angefangen, heute werden schon Hochleistungszuchtpferde oder in Südkorea Drogenspürhunde geklont. Auch menschliche Zellen wurden bereits geklont, die nach Differenzierung zur künstlichen Entwicklung von Organen verwendet werden könnten. Auch das Klonen eines ganzen Menschen erscheint rein technisch nicht mehr unmöglich.

Damit eröffnen sich grundlegende ethische Fragen. Religiöse Sichtweisen stehen diesen Möglichkeiten diametral entgegen. Grundsätzlich möglicher Missbrauch eröffnet Horrorszenarien.

Fortsetzung folgt, wenn ich zur Meiose komme.

 

 

Genom - von der Evolution zur Manipulation (3)

Folge 4

 

 

Was "vorher" und "nachher" passiert oder: Von der Meiose zur Zygote

Ein weiteres Grundprinzip allen Lebens ist Vermehrung. Einziger Lebenszweck aller Lebewesen. Ziel ist Arterhaltung. Ausgenommen hat sich nur der Mensch.

Meiose = Reifeteilung

Damit das Genom der Kinder gleich viel Chromosomen hat wie jener der Eltern, darf in den Keimzellen (Eizelle und Spermium) nur jeweils ein halber Chromosomensatz vorhanden sein.

1. Reifeteilung

Jedes Chromosom besteht aus zwei Chromatiden die kondensieren, diesmal aber nur inkomplett. Auch die Zentriole bleiben an ihrem Ort dem Zellkern nahe und die Kernhülle löst sich auch nicht sofort auf. Die Chromosomenfäden orientieren sich mit ihren Enden zum Zentriol hin und bilden auf diese Weise U-förmige Schleifen, die an ein Bukett erinnern (Bukettstadium). Die homologen mütterlichen und väterlichen Chromosomenpaare "kuscheln" sich immer enger einander. Diese Paarung ist äußerst präzise und in weiblichen Keimzellen bleibt dieser Zustand bis zum Zeitpunkt des Eisprunges arretiert (200 Tage bei Amphibien bis Jahrzehnte bei langlebigen Lebewesen).

Die Chromosomen verkürzen sich weiter und es kommt zum "Crossing over": So können väterliche und mütterliche Genbruchstücke gegenseitig ausgetauscht werden (Rekombination). Danach lockern sie wieder ihre enge Bindung (nur an einigen Brücken = Chiasma werden sie noch zusammen gehalten) und kondensieren sich maximal.

Wie es weiter geht, kennen wir bereits von der Mitose: Die Kernhülle löst sich auf, Zentriolen wandern zu den beiden Zellpolen, ein Spindelapparat bildet sich, der die Chromosomen in der Äquatorebene organisiert und die homologen Chromosomen werden getrennt. Das Ergebnis ist, dass nur mehr ein einfacher Chromosomensatz an jedem Zellpol versammelt ist (haploid aber aus zwei Chromatiden).

Dann kommt es zur Zellteilung, wobei männliche Geschlechtszellen sich ziemlich mittig, die weiblich aber völlig exzentrisch zerschnüren in eine große reifende Eizelle und in eine winzige Plasmaknospe (Polkörper). Es sind also zwei Tochterzellen mit einem haploiden Chromosomensatz entstanden. Und dann geht es gleich weiter zur

2. Reifeteilung

Im Gegensatz zur Mitose hat sich vor der Zellteilung keine neue Kernhülle gebildet. Es geht gleich weiter mit der Ausbildung einer neuen Spindel, die Chromosomen werden nochmals in der Äquatorialebene angeordnet und nun werden die beiden haploiden Chromatiden auseinander gezogen. Da Ergebnis ist ein haploider Chromosomensatz, aber nur mehr mit einem Chromatid. Wieder erfolgt eine Zellteilung, wobei sich die männliche Keimzelle nochmals in zwei gleich große Tochterzellen zerschnürt (bei der Eizelle passiert das erst nach der Befruchtung).

Zeugung

Wenn´s "passiert" ist, schwimmen die haploiden Spermien mit ihren sehr beweglichen Geißeln Richtung Eizelle. Das schnellste gewinnt. Damit danach nicht noch weitere Spermien andocken können, depolarisiert die Eizelle schnell ihre Zellmembran. Somit haben die anderen Pech. Die Eizelle holt nun noch schnell den zweiten Teil der Meiose nach, d.h. sie schnürt wieder exzentrisch einen Polkörper ab und ist dann wie das Spermium haploid mit nur einfachem Chromatid. Das erste Polkörperchen zerteilt sich übrigens auch noch einmal und alle drei Polkörper gehen danach zugrunde.

Befruchtung

Die männlichen und weiblichen haploiden Ein-Chromatid-Chromosomen replizieren sich jeweils wieder zu haploiden Zwei-Chromatid-Chromosomen und es entsteht ein neuer vollständiger diploider Zwei-Chromatid-Chromosomensatz. Damit ist der Vorgang der Zeugung abgeschlossen. Es hat sich eine neue Zelle (Zygote) gebildet, die das Erbgut beider Elternteile in sich trägt. Einen Tag später beginnt sie sich zu teilen, nach drei Tagen sind es dann schon 12 oder 16 Zellen und nochmals zwei bis drei Tage später nistet sich das Zellagglomerat in die Gebärmutterschleimhaut ein oder entwickelt sich in einem Ei .

Was dabei letztlich raus kommen kann, hat ein gewisser Mendel durch viel Beobachtung entdeckt. Davon beim nächsten Mal......

Genom - von der Evolution zur Manipulation (4)

Folge 5

Wenn man sich mit den Genen, der Vererbung und schließlich mit gentechnischen Möglichkeiten auseinander setzen will, kommt man an diesem Mann nicht vorbei:

Gregor Mendel

Er lebte von 1822 bis 1884, wurde aus finanzieller Not heraus Mönch und Priester (in Brünn) und beschäftigte sich viel lieber mit Erbsen als mit seinen "Schäfchen". Er kultivierte 28.000 Erbsen, aber auch andere Pflanzen im Klostergarten und züchtete durch künstliche Befruchtungen 13.000 Hybriden. 1866 publizierte er seine Erkenntnisse ("Gesetze"), deren Impakt aber, wie so oft, erst im frühen 20. Jahrhundert so nach und nach erkannt wurde, als man auch die Chromosomen entdeckte. Mit dieser Entdeckung konnten die Mendelschen Regeln bestätigt werden. Mendel wusste also noch nichts von Chromosomen.

Uniformitätsregel

Vater (Mensch, Tier, Pflanze) mit dem Genmerkmal "rot - rot" und Mutter mit "weiß - weiß" auf ihrem jeweiligen Chromosomenpaar:
Alle ihre Nachkommen (1. Generation) erben "rot - weiß".
Sind diese Genmerkmale gleich stark (dominant), so werden auch beide Merkmale in der 1. Generation sichtbar, z.B. als gefleckte Blüte, gemustertes Fell usw. Ein gutes Beispiel sind auch die Blutgruppen mit A, B und 0.
Sind aber diese Genmerkmale ungleich stark (eines dominant, das andere rezessiv), so setzt sich das dominante durch, was bedeutet, dass zwar alle den Genotyp "rot - weiß" haben, aber alle im Phänotyp nur "rot" aussehen. "Weiß" wird unterdrückt.
Es gibt auch eine Zwischenform, wenn sich das dominante Gen nicht voll durchsetzen kann, und dann ist der Phänotyp "rosa".

Spaltungsregel

Wenn sich nun die 1. Generation mit den Genmerkmalen "rot - weiß" weiter vererbt, dann gibt es drei Möglichkeiten:
Sind beide Genmerkmale der 1. Generation "rot" und "weiß" dominant, dann sind die Enkel (2. Generation) sowohl im Genotyp als auch im Phänotyp 1x "rot - rot", 2x "rot - weiß" und wieder 1x "weiß - weiß", also 1 : 2 : 1.
Auch in der Zwischenform kommt es zu einer Verteilung im Phänotyp 1 : 2 : 1 mit 1x "rot", 2x "rosa" und 1x "weiß".
Sind die Genmerkmale dominant und rezessiv, dann resultiert daraus im Phänotyp 3x "rot" (bei "rot - rot" und "rot - weiß") und 1x "weiß" (bei "weiß - weiß"), also 3 :1.

Unabhängigkeitsregel

Darin wird ausgedrückt, dass verschiedene Genmerkmale z.B. "rot" und "weiß" sowie " behaart" und "unbehaart" usw. völlig unabhängig voneinander vererbt werden. Daraus resultieren die unendlich vielen Varianten, die möglich sind.

Gezüchtet wurde natürlich schon lange vor Mendel. Mit seinen Erkenntnissen konnte aber gezielter vorgegangen werden und die Gentechnik baut natürlich auch darauf auf. Davon beim nächsten Mal.

 

 

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Genom - von der Evolution zur Manipulation (5)

Folge 6


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Darwin und die Galapagos-Finken

Schon im 5. Jahrhundert v. Chr. vermutete ein gewisser Anaximander, dass der Mensch aus dem feuchten Milieu, von Fischen oder fischähnlichen Wesen abstammen müsse, weil er so lange benötige, bis er sich selbst versorgen könne.

Natürliche Selektion

Charles Darwin war dabei, als die H.M.S Beagle 1835 ins Gebiet der Galapagos Inseln kam. Dorthin hatte es schon lange Zeit zuvor ein paar Finken verschlagen, die mangels natürlicher Feinde und bei großem Futterangebot sich prächtig vermehren konnten, solange, bis es zu viele wurden, die dann auf andere Inseln der Inselgruppe auswichen und deren Nachfahren wieder auf die ursprüngliche Insel zurück kamen. Allerdings hatten sie sich durch die räumliche Trennung inzwischen schon ein bisschen verändert, sodass es schließlich 14 Finkenarten gab.

Konkret wurde es 1858, als Darwin seine Theorie der Evolution durch natürliche Selektion im Buch „On the Origin of Species“ veröffentlichte. Damit stieß er auf massiven Widerstand aus christlichen Kreisen, wonach ein intelligentes Wesen wie der Mensch nur durch Gott geschaffen werden könne. Auch zwischen den Mendel-Jüngern und den Darwinianern gab es heftige Diskussionen, ehe es Sir Ronald Fisher 1930 gelang, die Mendelschen Regeln und Darwin´s Theorie unter einen Hut zu bringen.

Grundsätze sind:
Evolution war, ist und dauert an
Die Evolution ist richtungslos (man kann auch planlos sagen)
Die Evolution ist nicht umkehrbar (aus genetischen Gründen)
Die Evolution wirkt auf allen Ebenen (von molukularen Strukturen bis zum Ökosystem)
Lebewesen sind unterschiedlich gut an die Umwelt angepasst
Durch ständige Umwelteinflüsse erfolgt eine Auswahl bestimmter Lebewesen, die sich durch ihre Merkmale besser behaupten können (z.B. bessere Tarnung, erfolgreicher beim Kampf ums Weibchen….)

Mutationen

Mendel hatte bewiesen, dass Merkmale dominant oder rezessiv vererbt werden und dass sich das ziemlich konstant wiederholt. Was er aber noch nicht erkannte, war, dass sich bei der Mitose und Meiose immer wieder Fehler einschleichen. Das kann bei der Codierung passieren oder es gehen Chromosomenstücke verloren oder Chromosomen vervielfachen sich. Das Ergebnis kann mit dem Leben nicht vereinbar sein oder sich als Erbkrankheiten (Down-Syndrom, Sichelzellenanämie….) oder aber in neuen Merkmalen manifestieren, die sich neutral oder sogar positiv im Sinne einer Artenvielfalt erweisen.

Da ist kein Plan dahinter, es passiert nach dem Zufallsprinzip. Aber über die Milliarden von Jahren führte dies durch Selektion zu der uns bekannten Vielfalt von Flora und Fauna. Mutationen werden übrigens von uns Menschen ganz gezielt herbei geführt, indem z.B. in der Pflanzenzucht Samen bestrahlt und dadurch deren Genom verändert wird mit dem Resultat bisher unbekannter Formen und Farben.

Laktoseintoleranz

Eigentlich wäre es der Plan, dass beim Säugling zum Zeitpunkt des Abstillens das Enzym Laktase nicht mehr produziert wird. Vor 10.000 bis 8000 Jahren muss es gewesen sein, dass im kaukasischen Raum durch eine Mutation bei den betroffenen Individuen dieses Enzym nunmehr lebenslänglich produziert wurde. Das betrifft den Großteil der weißen (kaukasischen) Rasse, insgesamt heute ca. 25 Prozent der Weltbevölkerung, die zur Freude der Milchbauern und Molkereien Milch, Joghurt und Käse genießen können im Gegensatz zu den Asiaten und Afrikanern, die diese Mutation nicht hatten.

 

Genom - von der Evolution zur Manipulation (6)

Folge 7

Sonderfall Mensch

Über viele viele Millionen von Jahren hatte sich die Evolution bewährt. Eine großartige Vielfalt an Lebewesen entstand auf der Erdoberfläche und dieses Ökosystem hielt sich durch Nahrungsketten und Fortpflanzung im Großen und Ganzen im Gleichgewicht. Es entwickelte sich immer neues vielfältiges Leben bis…. …..bis vor ca. 4 – 3,5 Millionen Jahren erstmals ein gewisser Australopithecus auf den Plan trat. Der war aber noch harmlos, weil gut integriert ins Ökosystem. Vor gut 2 Millionen Jahren lernte sein Nachfolger Homo habilis bereits einfache Werkzeuge benutzen und vor 1,5 – 1 Millionen Jahren war der Homo erectus schon in der Lage, kompliziertere Werkzeuge her zu stellen, er konnte Feuer (!) machen und er dürfte auch schon „Sprache“ gehabt haben. Von da an ging´s Schlag auf Schlag: Es mutierte der Homo neanderthalensis, kurze 50.000 Jahre später der Homo sapiens und irgendwann zu dieser Zeit auch der Denisova-Mensch.

Krone der Schöpfung oder Super-Gau?

Von diesen drei (bekannten) Menschentypen wurde es der Homo sapiens, der sich die Erde untertan machen sollte (ein paar Prozent an Genen hatte auch der Neandertaler beigesteuert, ehe er in einer Eiszeit ausstarb oder vom Homo sapiens ausgerottet wurde). Der Homo sapiens entwickelte dagegen völlig neue Fähigkeiten, die ihn in die Lage versetzen sollten, aus dem Ökosystem auszubrechen: Seine Neugier entwickelte sich zu Forscherdrang, er konnte komplex und abstrakt denken, er wollte besitzen und immer mehr besitzen. Er fühlte Neid, wenn Artgenossen mehr besaßen. Er definierte für sich „Gut“ und „Böse“ sowie „Schön“ und „Hässlich“ und er wollte an Gott, Götter und Geister glauben, um für ihn Unerklärliches zu erklären oder um Böses abzuwenden oder für den Fall, Schutz und Beistand zu brauchen. Seine Bauten wurden immer komplexer und „schöner“, um Macht und Reichtum darzustellen. Er schuf sich die Musik, Bilder und Kunstobjekte.

Evolution war, ist und geht weiter: Aus dem Homo sapiens entwickelten sich drei Unterarten (Der Begriff „Rasse“ ist aus bekannten Gründen heute belastet), die entsprechend ihrem Phänotyp als Negride, Europide und Mongolide bezeichnet wurden. Am erfolgreichsten waren die europiden Weißen, die ganze Kontinente eroberten und deren bisherige Bewohner bisweilen bis an den Rand der Ausrottung brachten. Erfolgreich war und ist auch die mongolide Unterart (Chinesen, Japaner, Koreaner…), die den Weißen Paroli bietet. In der schwierigsten Situation waren und sind die schwarzafrikanischen Völker, die am wenigsten innovativ und deswegen leichte Opfer von Versklavung und fremder Ausbeutung ihrer Ressourcen waren und immer noch sind.

Modell Osterinsel

Vor ca. 1500 Jahren sind die ersten Polynesier auf diese einsame Insel gekommen. Sie fanden eine dicht bewaldete Insel vor, bauten sich Boote, fuhren damit weit auf die See hinaus und waren als Fischer erfolgreich. Die Bevölkerung vermehrte sich und 700 Jahre später lebten zwischen 7000 und 20.000 Menschen auf der Insel. Sie schufen sich hunderte riesige Steinköpfe, die sie vermutlich beschützen sollten und rodeten den Wald bis zum letzten Holzprügel. Verschärfend dürfte hinzu gekommen sein, dass eingeschleppte polynesische Ratten zur Plage wurden und Dürrejahre gewesen sein könnten. Mangels Ressourcen hungerten und bekriegten sie sich. Als die ersten Europäer dort landeten, fanden sie noch etwa 2000 Menschen vor, die armselig meist in Höhlen hausten. Mit der Landnahme durch Europäer ging das Disaster weiter und um 1877 lebten gerade noch 100 Polynesier dort.

Verdammt zur Selbstzerstörung?

Am 16. November 2014 um 21:40 lebten geschätzt 7,270,654,542 Menschen auf unserem Planeten. Pro Sekunde kommen 2,6 Menschen mehr hinzu als sterben, jedes Jahr ein Plus von 82 Millionen. Selektion ist es zwar auch, wenn tausende bei Naturkatastrophen umkommen und wir uns in Kriegen gegenseitig massakrieren, was aber aktuell nicht ausreicht, die menschliche Population zu stabilisieren. Humanismus, Medizin und Zivilisation sind im Sinne der Evolution sogar kontraproduktiv, da Schwächen nicht mehr eliminiert werden und die auf uns zukommende Überbevölkerung zusätzlich gefördert wird.

Im 19. Jahrhundert begannen wir, die Erde im großen Stil zu verschmutzen. Im 20. Jahrhundert setzte eine durch menschliche Einflüsse ausgelöste Erderwärmung ein. Der Raubbau nimmt gigantische Ausmaße an. Die regenerierbaren Ressourcen werden Jahr für Jahr in immer kürzeren Zeiträumen verbraucht, das restliche Jahr leben wir immer nur mehr von der Substanz. 2035 würden wir zwei Planeten benötigen, um unsere Gier zu stillen. Stetiges Wachstum unserer Wirtschaft bleibt dennoch unbeirrt das Dogma.

Schwindende Ressourcen, idiologischer und religiöser Wahn sowie Hunger und Armut radikalisieren und führten global zu vielen Kriegen und auch schon zu globalen Kriegen, die vielen Millionen das Leben kostete und noch Milliarden Leben kosten könnten. Die Osterinsel zeigte es vor im Maßstab 1:1.000.000.

 

 

 

 

Genom - von der Evolution zur Manipulation (7)

Folge 8

Evolution bedeutet ständige Veränderung

Wie ein Puzzle konnte der Stammbaum des Menschen bereits recht gut rekonstruiert werden. Ein Ende ist nicht in Sicht. Wie wird es in 100.000, in 1 Mill. oder in 100 Mill. Jahren auf der Erde aussehen?

Züchtung durch forcierte Selektion

Sobald Menschen sesshaft wurden, versuchten sie durch Auslese bei Tieren und Pflanzen, gewünschte Eigenschaften bei deren Nachkommen zu erhalten, zu verstärken und für sich zu nutzen. Auf diese Weise entstanden im Tierreich Rassen und bei den Pflanzen Sorten. Auf dem Gebiet des heutige Mexiko wurden vor ca. 7000 Jahren von den Indiovölkern natürlich mutierte Zea-Gräser solange gekreuzt, bis die Vorläufer der heutigen Mais-Sorten entstanden waren. Damit konnten die Erträge erhöht und sogar eine gewisse Pilzresistenz erreicht werden und die ursprünglichen Pflanzen wurden weitgehend verdrängt.

Hybride

Gregor Mendel züchtete mit seinen Erbsen 13.000 solcher Hybride, indem er Sorten kreuzte und beobachtete, was dabei rauskam. Hybride sind nichts anderes als Mischlinge, die robuster und vitaler sind, weil Inzucht vermieden wird. So sind Rassehunde krankheitsanfälliger als Mischlinge und werden dadurch nicht so alt. Auch in den natürlichen Evolutionsprozessen entstanden die Artenvielfalten auf diese Weise. So kreuzten vor 10 bis 6 Mill. Jahren noch unsere Vorfahren sich mehrfach mit denen der Schimpansen.

Künstliche Mutationen durch Bestrahlung oder mutagene Substanzen

Bereits durch Sonnenbestrahlung der Haut werden, wenn´s zu Sonnenbrand kommt, Veränderungen an der DNA verursacht, die aber normalerweise durch körpereigene Reparaturproteine rasch korrigiert werden. Durch Bestrahlung mit stärker ionisierenden Strahlen oder durch Kontakt mit Substanzen wie Nitrosaminen, Aspest und anderen werden Mutationen provoziert. In der Züchtung von Nutzpflanzen wurden solche mutagenen Eigenschaften dazu genützt, um möglichst viele Varianten mit unterschiedlichen Eigenschaften zu bekommen, um dann jene Mutanten auszuwählen, die die gewünschten Merkmale haben. Mit 0,5 bis max. 1 Prozent ist aber die Erfolgsquote recht niedrig, der „Ausschuss“ also sehr hoch. Bei Tieren funktionierte diese Methode sowieso nicht.

Die Entdeckung der Restriktionsendonukleasen (REN)

1970 war ein besonderes Jahr: Damals wurden in Bakterien spezielle Enzyme entdeckt, die fremde DNA zerschneiden können. Auf diese Weise versuchen sich die Bakterien vor dem Gefressen werden durch die „Fresszellen“ des Immunsystems zu schützen. 1971 gelang es Ray Wu und Ellen Taylor erstmals, mittels Hilfe dieses Enzyms aus einem Virus-Genom einige Sequenzen abzutrennen. Danach folgte eine rasante Entwicklung, die nicht nur in Genlaboren, sondern auch vor Gerichten und in Patentämtern statt gefunden hatte. Mit diesen neuen Möglichkeiten lässt sich richtig viel Geld verdienen.

Gentechnik – Segen und Fluch

1978 gelang es erstmals, gentechnisch humanidentes Insulin zu produzieren, womit die Behandlung des Diabetes mellitus stark verbessert werden konnte. Mit gentechnisch veränderten E. coli-Kulturen und Hamsterovarzellkulturen konnten große Mengen an Interferonen produziert werden, die als Medikamente für Millionen Erkrankte mit Multipler Sklerose, Gelbsucht und Tumoren Hoffnung bedeuten. Transgene Mäuse dienen als Modelle zur Erprobung neuer Medikamente. Mit transgenen Schweine könnten in absehbarer Zeit künstliche Organe heran gezüchtet werden. Konzerne, die diese technischen Möglichkeiten entwickeln und solche High-Tech-Medikamente produzieren, sind inzwischen milliardenschwer. Vor allem ethische Gründe sind es, die Primaten und den Menschen selbst bisher nicht transgen werden ließen. Aber in Kombination mit dem Klonen eröffnen sich grundsätzlich Möglichkeiten, die Frankensteins Labor in den Schatten stellen.

Gleich bedeutend wurde der Einsatz in der Zucht von Pflanzen, in deren Genom bestimmte Gensequenzen gezielt eingesetzt werden, um damit ganz neue Eigenschaften zu erreichen, die durch Kreuzung oder forcierte Mutationen kaum je erreichbar wären, weil ein artenüberschreitender DNA-Transfer stattfindet. So wurde in das Weizengenom ein Gen aus der Pfefferminze eingeschleust, das die Pflanze resistent gegen Blattläuse macht. BASF erzeugt eine neue Erdapfelsorte, die gegen bestimmte Pilze, die enorme Ernteschäden verursachen können, resistent ist. Der Klimawandel verschärft Trockenperioden und so war es Ziel, eine trockentolerantere Erdapfelsorte zu kreieren (Monsanto und BASF). 600.000 qkm Boden weltweit hat inzwischen eine so hohe Salzbelastung, dass vorhandene Rapssorten nicht mehr darauf wachsen und so war ein Ziel, salztolerante Rapspflanzen zu entwickeln. Vitamin E spielt bei Herz-Kreislauferkrankungen, Entzündungen und malignen Tumoren eine wichtige Rolle und deshalb fokussierte die Forschung auch darauf, transgene Ölpflanzen wie Raps und Soja mit besonders hohem Öl- und damit Vitamin-E-Gehalt zu entwickeln. Eine Aufzählung solcher Beispiele ließe sich noch länger fortsetzen.

Unsicherheitsfaktor Mensch

Ängste sind diffus. Ungeklärte Auswirkungen auf unser Ökosystem und nicht vorhersehbare Interaktionen sind der Hintergrund mehr und weniger sachlich geführter zum Teil auch erbitterter politischer Diskurse und Rechtsverfahren. Greenpeace, Global 2000 und andere befürchten Auswirkungen auf die Artenvielfalt und auf unseren Organismus, wodurch zumindest die Menschen in Europa sehr verunsichert wurden. Dem gegenüber stehen Argumente, dass diese transgenen Pflanzen unsere Ernährung nachhaltiger und länger absichern können, was angesichts abnehmender Ressourcen bei gleichzeitig zunehmender Weltbevölkerung unseren wahrscheinlichen Untergang hinaus zögern kann.

Die Biotechnologie-Konzerne sind globale Player geworden. Werden Millionen Bauern abhängig und damit erpressbar durch wenige Konzerne, die die Patente halten, so bekommen solche Firmen große Macht einhergehend mit der Gefahr von Missbrauch, da Gewinnmaximierung immer Ziel sein wird, um die Gier der Aktionäre zu stillen. Unser Nationalstaatengefüge und die Uneinigkeit untereinander verhindern effektive Kontrollmöglichkeiten über diese Konzerne. Darin und weniger im veränderten Genom sehe ich die Hauptgefahr der kommerziellen Gentechnologie.

Nicht die Technik sondern der Mensch dahinter ist das Risiko, da er diese oder das Monopol darauf auch als Waffe einsetzen kann.

 

 

Genom - von der Evolution zur Manipulation (8)