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Annette Bültmann
 
Klonen und Genaktivität
 
 
Bei Pflanzen lassen sich bei den meisten Arten aus Teilen der Pflanze, Stecklingen, neue Gesamtorganismen züchten, weil bei Pflanzen immer einige Zellen im embryonalen Zustand bleiben, ähnlich wie beim bekannten Phänomen des nachwachsenden Schwanzes einiger Reptilienarten. Nun ist der Wunsch aufgetaucht, zuerst Tiere, nun auch Menschen zu klonen, um so auch von einem erwachsenen Tier- oder Menschenorganismus eine identische jüngere Kopie zu erzeugen.
Das Klonen von Tieren und Menschen bringt aber erhebliche Probleme mit sich: es wurden zum Beispiel Missbildungen am Herzen, der Lunge oder den Nieren; Fehlbildungen, Wachstumsstörungen, Störungen im Alterungsprozess, Störungen des Immunsystems festgestellt; psychische Probleme wurden bisher bei Tieren kaum untersucht, sind aber auch zu befürchten.
 
Beim geklonten Menschen könnten erst dann Fehlbildungen durch das Klonen relativ sicher ausgeschlossen werden, wenn er gesund das Alter von 30 Jahren erreicht hat.
Das berühmte Klon-Schaf Dolly ist 6 Jahre alt geworden (normalerweise können Schafe 12 Jahre alt werden) und wurde wegen Arthritis behandelt. Ein Klon-Experte erwähnt im Interview mit der Netzeitung.de "bei so gut wie allen Individuen aus dem Kerntransfer abnormale Genaktivitäten", die müssten aber nicht immer eine Krankheit zur Folge haben. Leider scheinen sie aber doch meist ungünstige Folgen zu haben.
 
Klone sind oft zu gross oder haben zu grosse Organe, sind übergewichtig, haben Lungen- oder Herzbeschwerden. Wissenschaftler stellen sich nun die Frage, ob das mit dem sogenannten Prägungsmuster der Gene zusammenhängt. Das Prägungsmuster, das nur bei manchen, "geprägten" Genen, bei Menschen sind bisher ungefähr 100 bekannt, eine Rolle spielt, bewirkt, dass von den 2 vorhandenen Varianten eines Gens, die auf den einander entsprechenden, vom Vater und von der Mutter stammenden Chromosomen liegen, nur eins aktiv ist. "Imprinted", geprägte, präparierte Gene sind blockiert und inaktiv, wenn bei dieser Art der Gene beide aktiv sind, kann das zu Defekten führen, oder sogar dazu, dass der Embryo nicht lebensfähig ist. Das Phänomen ist bekannt aus Inzuchtlinien bei Zuchttieren, und es fragt sich nun, ob auch die meisten beim Klonen aufgetretenen Probleme damit zusammenhängen. Der Vorgang wird auch "Feinsteuerung der Genexpression" genannt, das Prägungsmuster auch Methylierungsmuster wegen sperriger Methylmolekülgruppen, die an den entsprechenden Genabschnitten zu finden sind. Offensichtlich ändern sich die Methylierungsmuster im Laufe des Heranwachsens eines Organismus. Die DNA-Methylierungfindet mit Hilfe eines Enzyma, der DNA-Methyltransferase, statt; diese hängt eine Methylgruppe (CH3) an eine Cytosin-Base der DNA. Durch Methylierung werden die Gene inaktiv, Demethylierung reaktiviert sie.
 
Nun werden noch weitere Vorgänge im Zusammenhang mit der Regulierung der Genaktivität beobachtet. Das sogenannte Chromatin, die Gesamtheit der Chromosomen, ist von Strukturproteinen umgeben, die die Schaltstelle zur Synthese aller anderen Proteine bilden. Sie befinden sich in der erwachsenen Zelle in einem anderen Zustand als in einem Kern kurz nach der Befruchtung, das scheint die Probleme beim Klonen zu verursachen. Es ist also für die Entwicklung eines Organismus nicht nur die DNS wichtig, sondern auch die RNS oder RNA, Ribonucleinsäure, der Botenstoff zwischen DNS und Körperproteinen. In letzter Zeit hat sich die Aufmerksamkeit gerichtet auf die "smallRNAs", kurze Ribonucleinsäuresequenzen, sie entstehen an den DNS-Abschnitten, die bis vor kurzem für unnütz gehalten wurden, und aktivieren oder deaktivieren wahrscheinlich einzelne Chromosomenabschnitte.
http://www.heise.de/tp/deutsch/inhalt/lis/13860/1.html
 
MicroRNA, kurz miRNA oder mir, auch kurze regulatorische RNA genannt, gehört zur Klasse der Ribonukleinsäuren (ribonucleic acids) und trägt zur Regulierung der Genexpression bei, indem sie die Übertragung des genetischen Codes in messengerRNA blockiert. Die miRNAs, 21-28 Nukleotide lang, bewirken die Bindung von Proteinen an bestimmte DNA-Abschnitte, die Chromatinstruktur wird verändert und dadurch die Genexpression. Die zweite Möglichkeit ist, dass sie sich an messengerRNA anheften und deren deren Lebensdauer oder Übersetzung in Proteine regulieren. MessengerRNA ist dafür verantwortlich, dass die in der DNA codierten Informationen aus dem Zellkern in das Zytoplasma übertragen werden, wo dann in den Ribosomen nach dem übertragenen Muster die Proteine synthetisiert werden; sie besteht wie die DNA aus Basen, Phosphatgruppen und Zucker. Früher ging man davon aus, dass die RNA quasi spiegelbildlich die DNA nachbildet, die Regulationsfunktion der smallRNAs wurde erst in den letzten Jahren erkannt.
 
Das amerikanische Magazin "Science" ernannte die Entdeckungen mehrerer Forschungsprojekte im Bereich der smallRNAs im Dezember zum Breakthrough of the Year 2002 und bezeichnet sie als elektrifizierende Entdeckungen, die Biologen auffordern, ihre Anschauung von der Zelle und ihrer Entwicklung zu überholen: "electrifying discoveries, which are prompting biologists to overhaul their vision of the cell and its evolution."
SmallRNAs sind, wie sich in den letzten Jahren herausgestellt hat, verantwortlich für viele zellulare Funktionen. Die Rolle der kurzsträngigen RNA, die in der Länge von 21 bis 28 Nukleotide lang sein können, war bis vor kurzem zum grossen Teil unbemerkt geblieben, weil die Forscher sich an den vertrauten grösseren RNA-Molekülen und ihren Funktionen orientierten, und im Bereich der DNA die herkömmlichen Proteinkodierungsgene untersuchten. Dann wurde bei Würmern ein Phänomen beobachtet, das als RNA-Störung (RNAi) bekannt wurde, bei dem bestimmte Gene plötzlich inaktiviert wurden. Es wird vermutet, dass der Organismus sich durch die Inaktivierung gegen schädliche DNA oder Viren schützt, die die Funktion des Genoms stören könnten. Dieses Phänomen brachte die Erkenntnis, dass kurze RNAs in viellen Fällen die Struktur und Aktivität des Chromatins regulieren. Während Gene aktiviert oder inaktiviert werden, ändert sich gleichzeitig die Struktur des Chromatins und wird mehr oder weniger kompakt.
Nun wird bereits nachgedacht über die Verwertbarkeit der Ergebnisse in der Genforschung und -biotechnologie und der Immunitätsforschung.
 
Nachdem man früher geglaubt hatte, es handle sich um ein Ausnahmephänomen bei einer vereinzelten Wurmart, wird jetzt festgestellt dass snallRNAs eine Schlüsselfunktion in der Zelle haben, bei wahrscheinlich allen Pflanzen- und Tierarten, auch beim Menschen. Eine ihrer gen-inaktivierenden Wirkungen besteht darin, dass sie messengerRNAs in unfunktionale Stücke schneiden.
Ein neues Feld, das Wissenschaftlern noch einige Rätsel aufgibt, z.B. die Frage, warum manchmal ihre Tätigkeit auf Genomregionen gerichtet ist, die sich wiederholende DNA enthalten. Die Funktion von repetitiver DNA ist noch weitgehend unbekannt, zur Zeit werden diese DNA-Abschnitte u.A. zur Erstellung "genetischer Fingerabdrücke" genutzt. Es wird vermutet, dass diese DNA teils funktionslos ist, teil nicht; deshalb wird sie zur Zeit unterteilt in codierende und nicht codierende repetitive DNA.
 
Es gibt dabei mobile gentische Elemente, Transposons genannt, oder springende Gene, die sich an verschiedene Stellen des Genoms einsetzen können, über die Folgen oder auch mögliche Gefahren des Vorgangs ist bisher wenig bekannt.
Es wird nun vermutet, dass kleine RNAs sehr früh in der Geschichte der Evolution sich entwickelten, um dazu beizutragen, das Genom vor Instabilität zu schützen. Forscher werden in nächster Zeit weiter damit beschäftigt sein, herauszufinden, wie die kleinen RNAs funktionieren.
Transposons, springende Gene, wurden bei Maispflanzen entdeckt, deren Farben nach einem zunächst nicht ganz erklärbaren Schema unregelmässige Scheckungen aufwiesen.
 
Ende der sechziger Jahre wurden in bakterieller DNS Insertionselemente und Transposons gefunden und beschrieben, und diese Erklärung passte auch auf das Phänomen der unregelmässigen Farbmuster beim Mais und bei einigen anderen Pflanzen an Blüten und Blättern.
In der Literatur sind "labile Pflanzengene" bei über 30 Arten beschrieben worden.
Ein Transposon ist ein Stück DNS, das zwischen zwei gegenläufig orientierten Insertionselementen (IS-Elementen) liegt. Diese können sich aus dem Bakteriengenom lösen und sich auch wieder einsetzen, und dabei das Transposon und die darauf liegenden Gene mit übertragen. Es sind dafür bestimmte Enzyme erforderlich und bestimmte Erkennungssequenzen in der DNS, so dass das Springen der Gene nicht willkürlich geschieht, sondern an bestimmten Stellen des DNS-Moleküls (site-specific recombination).
Transposons sind besonders deshalb interessant, weil sie einen Einblick in den Prozess der Evolution bieten; es ist zu vermuten dass die Evolution nicht nur auf Veränderungen durch Punktmutationen, sondern auch auf der Umstrukturierung vorhandener genetischer Information beruht.
 
 
 
Links zum Thema Klonen und Genexpression:
 
http://www.heise.de/tp/deutsch/inhalt/lis/13860/1.html
 
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2002-12/osu-rr121802.php
 
http://www.netzeitung.de/servlets/page?section=365&item=220772
 
http://www.mpg.de/pri03/pri0310.html
 
http://www.aum.iawf.unibe.ch/vlz/BWL/Gen_Kurs
 
http://www.vcell.de/genomstation/genexpression.html
 
http://www.dhgp.de/media/xpress/genomxpress02_02
 
http://www.internutrition.ch/technol/human/indianermais.html