Genetik

Was sind Gene? Woraus besteht unsere DNA? Und was versteht man unter Molekularbiologie? Alles Wissenswerte rund um Humangenetik und Reproduktionstechniken findest du hier.

Genetik Kurs – Was ist Genetik?

Die Genetik ist ein Aufgabengebiet der Biologie, die sich mit der Vererbung beschäftigt. Die Erforschung der Genetik eröffnet der Wissenschaft vielerlei Türen. Vermutlich wurdest Du selber schon einmal mit der Genetik konfrontiert: der Fingerabdruck für den Personalausweis, ein Vaterschaftstest, der Verzehr genmanipulierter Erzeugnisse – die Genetik hinterlässt ihre Spuren in unzähligen Bereichen.

Die Lehre der Vererbung ist ein relativ junges Gebiet. Die relevanten Forschungen, die noch heute Geltung tragen, wurden erst im 18. Jahrhundert durchgeführt. Zwar wurde bereits in der Antike versucht, Zusammenhänge bezüglich der Ähnlichkeit von Verwandten zu ermitteln, jedoch konnte nie eindeutig nachgewiesen werden, wie Merkmale über Generationen vererbt werden.

Die Forschungen der Antike waren aber keineswegs umsonst. Viele Theorien wurden in der Neuzeit wieder aufgegriffen. So wurde die Annahme der Vorsokratikern Anaxagoras und Demokrit, die beinhaltet, dass der Samen ein Beitrag des gesamten Organismus ist, von dem Evolutionstheoretiker Charles Darwin 2000 Jahre später wieder aufgenommen.

Den wohl wichtigsten Beitrag hinsichtlich der Genetik hat der katholische Ordenspriester Mendel geleistet.

Johann Gregor Mendel – Die Mendelschen Regeln

Der 1822 geborene Johann Gregor Mendel wird gerne als "der Vater der Genetik" bezeichnet, da er durch seine Experimente Vererbungsgesetze beobachten konnte, die die Genetik noch heute maßgeblich beeinflussen. Die Mendelschen Regeln sind die Folge aus Untersuchungen, die der Augustinermönch Gregor Mendel an Erbsen vorgenommen hat.

Mendels Arbeit war zu seinen Lebzeiten kaum von Bedeutung. Erst als die Botaniker Correns und de Vries zu Beginn des 20. Jahrhundert ähnliche Entdeckungen machten, wurden Mendels Vererbungs-Versuche gebührend gewürdigt. Das Wissen, dass er heute als Begründer der klassischen Genetik angesehen wird, blieb ihm also verwehrt.

Mendel Regel - Wie ist Johann Gregor Mendel bei seinen Experimenten vorgegangen?

Mendel war im Bereich der Naturwissenschaften sehr bewandert. Er studierte Botanik, Zoologie, Chemie, Physik und Theologie. Mendels Wissensdurst war kaum zu stillen. Höchstes Interesse wies er bei der Züchtung von Pflanzen auf. Nachdem er entdeckt hatte, dass er durch spezielle Züchtung Eigenschaften von Pflanzen ändern konnte, musste er herausfinden, welches Naturwunder hierfür verantwortlich ist.

Johann Gregor Mendel plagte die Frage, warum sich die Farben von Blüten von Pflanzen unterscheiden, obwohl die eine Pflanze aus der anderen entstanden ist. Um dies zu erkunden, experimentierte Mendel mit Erbsen. Er wählte diese Pflanze, da sie vergleichsweise schnell wächst und einige Eigenschaften direkt sichtbar sind. Zu den Eigenschaften gehören:

  • Farbe der Blüte (weiß, blau, lila) 
  • Haut der Erbse (glatt, rau, verschrumpelt) 
  • Form (rund, eckig, oval, kantig)

Für sein Erbsen-Experiment züchtete der Naturforscher in einem Zeitraum von etwa zwei Jahren Erbsen, die sich in ihren Eigenschaften glichen. Mendels Erbsen bildeten das Fundament seiner eigentlichen Versuche.

Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, erstellte Mendel im Vorfeld ein Konzept, an das er sich hielt, um die verschiedenen Erbsensorten zu mischen. Er vollführte seine Experimente an unzähligen Erbsen, um einwandfreie Resultate zu erhalten. Und dies war keine Leichtigkeit, denn nicht nur Mendel zeigte Interesse an Erbsen, sondern auch Bienen. Eine zufällige von Bienen verursachte Bestäubung würde die Qualität der Resultate seiner Versuche beeinträchtigen. Es herrschte also ein Kampf gegen die Natur, um etwas über die Natur zu erfahren. Dies gelang ihm und so finden wir noch heute in allen Genetik-Büchern diese Mendelschen Regeln:

  • Erste Mendelsche Regel - Uniformitätsregel: Für die erste Mendelsche Regel hat Johann Gregor Mendel sich auf ein Merkmal spezialisiert. In Bezug auf die Blütenfarbe der Erbsen bedeutet dies, dass die Nachkommen der "Elternpflanzen" immer die selbe Blütenfarbe haben, auch wenn die Blüten der Eltern in unterschiedlicher Farbe erstrahlen. Die Nachkommen sind also "uniform".

    Als Beispiel kannst Du Dir die Blüten zweier Erbsenpflanzen vorstellen. Eine Blüte ist gelb und die andere blau. Werden nun diese Blüten gekreuzt entstehen Nachkommen, die entweder alle gelb oder alle blau sind. Bei Mendels Experimenten wurden die Nachkommen ausschließlich in blau dokumentiert. In der Genetik spricht man davon, dass die blaue Blütenfarbe dominant vererbt worden ist.
  • Zweite Mendelsche Regel – Spaltungsregel: Das erste Experiment betraf nur die Eltern und ihre Nachkommen. Die Spaltungsregel geht noch einen Schritt weiter und bezieht die Großeltern mit ein. Während bei der ersten Regel Mendels festgestellt wurde, dass die Kinder alle eine blaue Blütenfarbe haben, sieht es bei den Enkelkindern anders aus. Bei den Enkelkindern wurden wieder Erbsen mit gelben Blüten gesichtet. Eine gelbe Blütenfarbe ist zwar unwahrscheinlicher als eine blaue, dennoch konnte Mendel so herausfinden, dass die Eigenschaften nicht verloren gegangen sind.

    Stelle Dir als Beispiel eine gelb und eine blau blühende Erbse vor, die nur blau blühende Nachkommen hervorbringen. Wenn sich jedoch diese Nachkommen wieder mischen, können deren Nachkommen wieder gelbe Blüten haben. Mit Mendels zweiter Regel wurde also bewiesen, dass Erbinformationen nicht verloren gehen, auch wenn es zu nächst den Anschein hat.
  • Dritte Mendelsche Regel - Unabhängigkeitsregel: Die ersten beiden Mendelschen Regeln haben sich nur auf ein einzelnes Merkmal beschränkt. Mendels dritte Regel sagt aus, dass die Merkmale unabhängig voneinander vererbt werden. Eigenschaften wie die Farbe der Blüte, die Form oder die Haut der Erbse stehen also in keinem Zusammenhang.

    Beispielsweise können Elternpflanzen mit gelben und blauen Blüten, die zudem noch glatte und raue Erbsen hervorbringen, Nachkommen mit den unterschiedlichsten Merkmalen erzeugen. Das heißt, dass nicht alle Nachkommen, die in blau blühen, auch eine glatte Oberfläche haben müssen. Es bestehen folgende Möglichkeiten:
    - blau und rau 
    - blau und glatt 
    - gelb und rau 
    - gelb und glatt

Johann Gregor Mendel experimentierte etwa acht Jahre mit Erbsen. Da sich seine Ergebnisse jedoch kaum auf andere Pflanzenarten anwenden ließen, stellte er seine Arbeit ein, ohne zu wissen, dass er das Fundament für die klassische Genetik gelegt hat. Die Mendelschen Regeln gelten noch heute und lassen sich nicht nur auf Pflanzen, sondern auf jegliche Art von Lebewesen übertragen. So solltest Du Dich nicht wundern, wenn ein Kind blauäugig geboren wird, obwohl beide Elternteile braune Augen haben - ein Blick in die Augen der Großeltern kann vieles verraten.

Hast Du die Mendelschen Regeln verinnerlicht, hast Du bereits einen wichtigen Teil der Genetik Grundlagen gelernt. Auch in unserem Genetik-Kurs werden Mendels Regeln ausführlich erläutert. Und mit visueller Unterstützung lernt es sich ja doch angenehmer.

Grundlagen der Genetik – Begriffe in der Genetik

Schwirrst Du in genetischem Territorium wirst Du mit zahlreichen Begriffen der Genetik konfrontiert. Um die Inhalte der Genetik verstehen zu können, solltest Du Kenntnisse über mindestens diese Genetik-Begriffe aufweisen können:

  • DNA (Desoxyribonukleinsäure): Beinhaltet sämtliche genetische Informationen eines Organismus. 
  • Genom: Gesamtheit der DNA eines Organismus.
  • Chromosom: Trägt das Erbgut eines Lebewesens.
  • Gen: Erbanlage, welche eine Erbinformation trägt.

Diese Begriffe der Genetik lassen sich noch ausführlicher darstellen. Wenn Du Dir als Genetik-Anfänger noch immer nichts unter DNA, Genom, Chromosom und Gen vorstellen kannst, helfen Dir unsere Biologie Genetik-Kurse.

Mutation – Was bedeutet Mutation?

In der Biologie ist die Mutation eine dauerhafte Veränderung des Erbguts.

Als Mutations-Beispiel kannst Du Dir einen Schmetterling mit gelben Flügeln vorstellen. Plötzlich verändert sich die Erbinformation und viele Schmetterlinge der selben Art zeichnen sich durch orangefarbene Flügel aus.

Jedoch muss eine Mutation nicht immer eine sichtbare Veränderung mit sich bringen. Eine Mutation, die sich nicht auf die Merkmale eines Individuums auswirkt, wird als "stille Mutation" bezeichnet. Mutationen können als positiv, negativ und neutral erachtet werden.

  • Neutrale Mutation: Eine Änderung der DNA liegt vor, ohne dass der Organismus von Konsequenzen betroffen ist. 
  • Negative Mutation: Die Mutation schadet den Organismus. Es kann zu Fehlbildungen, Veränderung des Stoffwechsels und Erbkrankheiten kommen. Beispiele für negative Mutationen sind: Rot-Grün-Schwäche, Bluterkrankheit oder Albinismus. 
  • Positive Mutation: Mutation ist einer der wichtigsten Faktoren für unsere Artenvielfalt. Zudem spielt sie in der natürlichen Selektion eine entscheidende Rolle. Des Weiteren lassen sich selber Arten erzeugen – beispielsweise lässt sich die Form und die Farbe von Pflanzen beeinflussen.

Das Thema Mutation ist gigantisch. Es nimmt einen großen Teil dieses Genetik Biologie Kurses in Anspruch.

Mutation in der Biologie – Beispiele für Gen-Mutationen

  1. Laktose-Toleranz beim Menschen: Dass Du heute problemlos Milch und Milchprodukte zu Dir nehmen kannst, hast Du einer Mutation zu verdanken. Der Mensch konnte ursprünglich im Erwachsenenalter keine milchzuckerhaltige Nahrung vertragen. Die Laktose-Toleranz, die sonst nur Kinder aufweisen konnten, hat sich durch eine Mutation auch auf das Erwachsenendasein ausgebreitet.

    Jedoch ist nicht die Gesamtheit der Menschen von dieser Mutation betroffen. Laktose-Intoleranz ist weiterhin ein Thema, auf das sich vor allem die Lebensmittelindustrie einstellt: laktosefreien Joghurt, laktosefreien Käse oder laktosefreie Milch wirst Du mühelos in Supermärkten finden.
  2. Pflanzenzucht: Gräser, ohne großen Ertrag wurden von Genforschern so manipuliert, dass sie zu Getreidesorten heranwuchsen, die uns mit massenhaft Erträgen beliefern. Ohne der gezielten Mutation von Pflanzen, wäre es noch schwerer, die Weltbevölkerung mit genügend Erzeugnissen zu verpflegen.
  3. Sphynx-Katze: Eine Symbiose aus Mutation und künstlicher Genetik führte dazu, dass wir heute die haarlose Sphynx-Katze beherbergen können. Durch eine natürliche Mutation wurden Katzen geboren, die von keinerlei Fell bedeckt wurden. Für die Erhaltung dieser Art wurden die Menschen aktiv und haben die Nacktkatze weitergezüchtet.

Mutationstypen – Von Gen- bis Chromosomenmutation

In der Genetik unterscheidet man zwischen drei Mutationstypen: Genmutation, Chromosomenmutation und Genommutation.

  • Genmutation: Die Genmutation ist die am häufigsten auftretende Mutation. Nur ein einzelnes Gen ist von der Genmutation betroffen. Anhand von Punktmutation (Austausch), Deletion (Verlust) oder Insertion (Einschub) eines Nukleotids wird dieses Gen abgewandelt.
  • Chromosomenmutation: Durch eine Chromosomenmutation ändert sich die Struktur eines Chromosoms. Dabei wird zwischen folgenden Chromosomenmutationstypen unterschieden:
    • Deletion
    • Duplikation
    • Inversion
    • Insertion
    • Translokation
    • Fusion und Fission
  • Genommutation: Ändert sich die Gesamtzahl der Chromosomen, ist von Genommutation die Rede. Die Genommutation kann aufgrund einer Non-Disjunktion während einer Meiose auftreten. Die Genmutationsarten lassen sich in Polyploidien und Aneuploidien gliedern:
    • Polyploidien: Der Chromosomensatz ist polyploid vorhanden.
    • Aneuploidien: Die Anzahl von wenigen Chromosomen ist erhöht oder vermindert. Es kann also passieren, dass das selbe Chromosom mehrfach auftaucht.

Über Mutationsarten lässt sich noch einiges mehr berichten. Unsere Genetik Biologie-Kurse werden Dich weiter über Mutationsarten aufklären. Mehr Details zu Genmutation, Chromosomenmutation und Genommutation erwarten Dich.

Genetik lernen – Der genetische Code

Wenn Du Dich mit der Genetik beschäftigst und Dich auf das Thema DNA stürzt, wirst Du nicht um den genetischen Code herumkommen. Mit Hilfe des genetischen Codes kannst Du feststellen, wie Proteine gebildet werden. Der genetische Code wird als eine Art Sonne dargestellt. Um aus der Sonne Schlussfolgerungen ziehen zu können, bedarf es ein wenig Übung. Und wie Du den genetischen Code lesen kannst, lernst Du in diesem Genetik-Kurs.

Genetik für Anfänger - Jetzt weißt Du, was Genetik ist!

Nun bist Du Experte auf dem Gebiet der Gentechnik und kannst die Welt an Deinen Genetik-Kenntnissen beteiligen. Analysiere Deine DNA, erforsche hilfreiche Medikamente oder bestimme genetische Fingerabdrücke. Dir stehen zahlreiche Türen offen. Und falls sie doch geschlossen bleiben, kannst Du ja einfach ein bestimmtes Gen ändern. Genetik lernen – ganz einfach mit learnity.