Genetik

DieRekombinationder elterlichen Gene führt zu unterschiedlichenPhänotypeninnerhalb einesWurfes.

DieGenetik(moderne Wortschöpfung zualtgriechischγενεάgeneá„Abstammung “undγένεσιςgénesis,deutsch‚Ursprung‘)oderVererbungslehre(früher auchErblehreundErbbiologie) ist die Wissenschaft von derVererbungund ein Teilgebiet derBiologie.Sie bzw. derGenetikerbefasst sich mit den Gesetzmäßigkeiten und materiellen Grundlagen der Ausbildung von erblichenMerkmalenund der Weitergabe von Erbanlagen (Genen) an die nächsteGeneration.

Das Wissen, dass individuelle Merkmale über mehrere Generationen hinweg weitergegeben werden, ist relativ jung; Vorstellungen von solchen natürlichen Vererbungsprozessen prägten sich erst im 18. und frühen 19. Jahrhundert aus. Als Begründer der Genetik in diesem Sinn gilt derAugustinermönchGregor Mendel,der in den Jahren 1856 bis 1865 im Garten seines Klosters systematischKreuzungsexperimentemit Erbsen durchführte und diesestatistischauswertete. So entdeckte er die später nach ihm benanntenMendelschen Regeln,die in der Wissenschaft allerdings erst im Jahr 1900 rezipiert und bestätigt wurden. Der heute weitaus bedeutendste Teilbereich der Genetik ist dieMolekulargenetik,die sich mit den molekularen Grundlagen der Vererbung befasst. Aus ihr ging dieGentechnikhervor, in der die Erkenntnisse der Molekulargenetik praktisch angewendet werden.

Etymologie

Das Adjektiv „genetisch “wurde schon um 1800 vonJohann Wolfgang von Goethein dessen Arbeiten zurMorphologieder Pflanzen und in der Folgezeit häufig in derromantischenNaturphilosophiesowie in derdeskriptivenEmbryologieverwendet.Man meinte damit eineMethode(„genetische Methode “) der Untersuchung und Beschreibung der Individualentwicklung (Ontogenese) von Organismen. Mit dem Adjektiv charakterisierteCarl Nägeli1865 ihrestammesgeschichtlicheEntwicklung.Das Substantiv „Genetik “gebrauchte erstmalsWilliam Bateson1905 zur Bezeichnung der neuen Forschungsdisziplin.

In Deutschland wurde bis in die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts der Ausdruck „Erbbiologie “bedeutungsgleich gebraucht, zumeist zur Unterscheidung der „Erbbiologie des Menschen “(Humangenetik) von der allgemeinen Genetik. Die Bezeichnung „Humangenetik “war dabei in Deutschland bereits um 1940 etabliert. Damit wurde ein Rückzug auf wissenschaftlich gebotene Grundlagenforschung angezeigt, während „Rassenhygiene“angewandte Wissenschaft darstellte.Nach 1945 verschwanden die Bezeichnungen „Erbbiologie “sowie „Rassenhygiene “, ebenso wie „Erbarzt “und „Erbmedizin “allmählich aus dem wissenschaftlichen Sprachgebrauch.

Teilbereiche

Weitergabe phänotypischer Merkmale: Vater und Sohn mit Haarwirbel undOtapostasis

• Die von Mendel begründeteklassischeGenetik untersucht, in welchen Kombinationen die Gene beiKreuzungsexperimentenbei den Nachkommen auftreten (Mendelsche Regeln) und wie das die Ausprägung bestimmterphänotypischerMerkmalebeeinflusst. Zur klassischen Genetik gehört darüber hinaus dieZytogenetik,die imlichtmikroskopischenGrößenbereich die Anzahl, Gestalt und Struktur derChromosomenals Träger der genetischenInformationuntersucht.
• Die Molekulargenetik – ein Teilgebiet derMolekularbiologie– untersucht diemolekularenGrundlagen der Vererbung: die Struktur der molekularen Träger der Erbinformation (gewöhnlichDNA,bei manchenVirenRNA), die Vervielfältigung dieser Makromoleküle (Replikation) und die dabei auftretenden Veränderungen des Informationsgehalts (Mutationen,Rekombination) sowie die Realisierung der Erbinformation im Zuge derGenexpression(TranskriptionundTranslation). Zur Molekulargenetik gehört des Weiteren als angewandter Bereich dieGentechnik.
• DiePopulationsgenetikund dieÖkologische Genetikuntersuchen genetische Strukturen und Prozesse auf der Ebene von Populationen und von anderen ökologischen Einheiten (z. B. ganzen Lebensgemeinschaften).
• DieEpigenetikbeschäftigt sich mit der Weitergabe von Eigenschaften auf die Nachkommen, welche nicht auf Abweichungen in der DNA-Sequenzzurückgehen, sondern auf vererbbare Änderungen derGenregulation.

Geschichte

Zeittafel

• 1866–Gregor Mendelveröffentlichte seineVersuche über Pflanzen-Hybriden,die aber kaum beachtet wurden.
• 1869–Friedrich Miescherisolierte aus Zellkernen das „Nuclein “, dessen Aufbau und Funktion zunächst rätselhaft blieb.
• 1889–Richard Altmannidentifizierte die „Nucleinsäure“und eine basische Proteinfraktion als Bestandteile des Nucleins.
• 1900–Hugo de Vries,Carl CorrensundErich Tschermakbestätigten Mendels Entdeckungen.
• 1903–Chromosomenwurden als Träger derErbinformationerkannt (Walter Sutton).
• 1906–William Batesonschlägt für die Erblehre das WortGenetikvor.
• 1907–Thomas Hunt Morganwählte dieTaufliegeDrosophila melanogasterals Versuchstier.
• 1909–Wilhelm Johannsenprägte für einen Erbfaktor die BezeichnungGen.
• 1911–Erwin Baurveröffentlicht seineEinführung in die experimentelle Vererbungslehre.
• 1927– Auslösung künstlicherMutationendurchRöntgenstrahlung(Hermann Joseph Muller)
• 1928– Erste Beschreibung derTransformationdurchFrederick Griffith(Griffiths Experiment)
• 1931–ZytologischeAufklärung desCrossing-over(Barbara McClintock,Harriet B. Creighton,Curt Stern)
• 1940–George BeadleundEdward Tatumformulierten dieEin-Gen-ein-Enzym-Hypothese.
• 1943– DasLuria-Delbrück-Experimentbelegte die Zufälligkeit der Mutationen in dem Sinn, dass sie keine Reaktionen auf die Umwelt darstellen.
• 1944–Oswald Avery,Colin MacLeodundMaclyn McCarty:Transformationvon Bakterien durchDNA
• 1950–Erwin Chargaffzeigte mit denChargaff-Regeln,dass die vierNukleotidein paarweise gleicher Häufigkeit in der DNA vorkommen: [A] = [T] und [C] = [G].
• 1951– McClintock berichtete erstmals überspringende Gene,stieß aber auf komplettes Unverständnis.
• 1952– DasHershey-Chase-Experimentzeigte, dass die genetische Information vonBakteriophagenin der DNA gespeichert ist.
• 1953–James WatsonundFrancis Crickpostulierten dieDoppelhelix-Struktur der DNA.
• 1957– Nachweis der semikonservativenReplikationder DNA und desCrossing-overdurchJames Herbert Taylor(Taylor-Experiment)
• 1958– Nachweis der semikonservativenReplikationder DNA durchMeselson und Stahl
• 1958– Crick postulierte das „Zentrale Dogma“der Molekulargenetik.
• 1961–François JacobundJacques Monodstellten dasOperon-Konzept vor
• 1961bis1965–Dechiffrierungdesgenetischen Codes(Marshall Warren NirenbergundHeinrich Matthaei)
• 1969–Jonathan Beckwithgelang als erstem die Isolierung eines einzelnen Gens (ausE. coli).
• 1969–Werner Arber,Daniel NathansundHamilton Othanel Smithentdeckten dieRestriktionsenzyme.
• 1975–DNA-Sequenzierung(Frederick Sanger,Allan Maxam,Walter Gilbert)
• 1977–Intron-Exon-Struktur eukaryotischer Gene
• 1983–Kary Mullisentwickelte diePolymerase-Kettenreaktion(PCR) zur Vervielfältigung von DNA.
• 1995– Das ersteprokaryotischeGenom(vonHaemophilus influenzae) wurde sequenziert.
• 1997– Das ersteeukaryotischeGenom, das derBäckerhefeSaccharomyces cerevisiae,istsequenziert.
• 2003– Als Resultat desHumangenomprojektessteht die Referenzsequenz des menschlichen Genoms zum Download im Internet bereit

Vorgeschichte

Schon in derAntikeversuchten Menschen die Gesetzmäßigkeiten derZeugungund die Ähnlichkeiten zwischen Verwandten zu erklären, und einige der im antiken Griechenland entwickelten Konzepte blieben bis in dieNeuzeitgültig oder wurden in der Neuzeit wieder aufgegriffen.So lehrte der griechische PhilosophAlkmaionum 500 v. Chr., dass die Zeugung der Nachkommen durch die Zusammenwirkung des männlichen und des weiblichen „Samens“geschehe. SeinPostulateines weiblichen Samens fand in der damaligenNaturphilosophieund später auch in derhippokratischenMedizin allgemeine Anerkennung. Davon abweichend behauptetenHipponundAnaxagoras,dass nur der Mann zeugungsfähigen Samen bilde und dass der weibliche Organismus den Keim nur ernähre. Die Bildung des Samens erfolgte laut Alkmaion im Gehirn, von wo aus er durch dieAdernin denHodengelange. Demgegenüber erklärten Anaxagoras undDemokrit,dass der gesamte Organismus zur Bildung des Samens beitrage – eine Ansicht, die alsPangenesistheorieüber 2000 Jahre später vonCharles Darwinerneut vertreten wurde. Auch die Überlegungen des Anaxagoras, wonach alle Körperteile des Kindes bereits im Samen (Sperma) vorgebildet seien, traten alsPräformationslehrein der Neuzeit wieder auf. In der Antike wurden diese frühen Lehren weitgehend abgelöst durch die Ansichten desAristoteles(De generatione animalium), wonach das Sperma aus dem Blut entsteht und bei der Zeugung nur immateriell wirkt, indem es Form und Bewegung auf die durch den weiblichen Organismus bereitgestellte flüssige Materie überträgt.Die Entwicklung des Keims beschrieb Aristoteles alsEpigenese,wonach im Gegensatz zur Präformation die verschiedenen Organe nacheinander durch die Einwirkung des väterlichen Formprinzips ausgebildet werden. Neben der geschlechtlichen Zeugung kannte Aristoteles auch dieParthenogenese(Jungfernzeugung) sowie die (vermeintliche)Urzeugungvon Insekten aus faulenden Stoffen.

Der Aristoteles-SchülerTheophrastuspostulierte einetransmutatio frumentorumund nahm an, dass sich Getreidearten zu ihrer Wildform zurückverwandeln können. Zudem unterschied er männliche und weibliche Pflanzen bei der Dattelpalme.

Vererbung war bis in das 18. Jahrhundert ein juristischer Begriff und fand für natürliche Vorgänge keine Anwendung. Denn Ähnlichkeiten zwischen Verwandten wurden ausreichend über jeweils spezifische lokale Faktoren und die Lebensweise des Individuums erklärt: über das Klima, die Ernährung, die Art der Betätigungen usw. Wie gewisse Merkmale unter Nachkommen blieben auch diese Faktoren für die Nachkommen in der Regel konstant. Irreguläre Merkmale konnten dann entsprechend auf irreguläre Einflüsse bei der Zeugung oder der Entwicklung des Individuums zurückgeführt werden. Erst mit dem zunehmenden internationalen Verkehr und zum Beispiel der Anlage von exotischen Gärten wurde ein Wahrnehmungsraum dafür geschaffen, dass es vom Individuum und seinem jeweiligen Ort ablösbare, natürliche Gesetze geben müsse, die sowohl die Weitergabe von regulären als auch zuweilen eine Weitergabe von neu erworbenen Eigenschaften regeln.

Präformistische Darstellung desSpermiumsvonNicolas Hartsoeker,1695

Der Begriff derFortpflanzungoderReproduktion,in dessen Kontext von Vererbung im biologischen Sinn gesprochen werden kann, kam erst gegen Ende des 18. Jahrhunderts auf.In früheren Jahrhunderten galt die „Zeugung “eines Lebewesens als einSchöpfungsakt,der grundsätzlich eines göttlichen Eingriffs bedurfte und im Rahmen des Präformismus vielfach als Teilaspekt der Erschaffung der Welt betrachtet wurde. Dabei unterschied man die Zeugung durch den Samen (Sperma) im Mutterleib von derUrzeugung,durch welche niedere Tiere (etwa Würmer, Insekten, Schlangen und Mäuse) aus toter Materie hervorzugehen schienen.Die „Samenzeugung “betrachtete man als Eigenheit des Menschen und der höheren Tiere, welche zu ihrer Ausbildung eines Mutterleibs bedürfen. Erst gegen Ende des 17. Jahrhunderts setzte sich, vor allem aufgrund der ExperimenteFrancesco Redis,die Einsicht durch, dass Würmer, Insekten und andere niedere Tiere nicht aus toter Materie entstehen, sondern von gleichartigen Tieren gezeugt werden. Nun betrachtete man die Zeugung nicht mehr als Schöpfungsakt, sondern verlegte diesen in die Zeit der Erschaffung der Welt, bei der, wie man annahm, alle zukünftigen Generationen von Lebewesen zugleich ineinandergeschachtelt erschaffen wurden. Die Zeugung war somit nur noch eine Aktivierung des längst vorhandenen Keims, der sich dann zu einem voll ausgebildeten Organismus entfaltete. Strittig war dabei, ob die Keime durch das weibliche oder durch das männliche Geschlecht weitergegeben werden, ob sie also im Ei oder im „Samentierchen “eingeschachtelt sind. Beide Ansichten hatten ihre Anhänger (Ovisten und Animalkulisten), bis die Entdeckung derJungfernzeugungbei derBlattlausdurchCharles Bonnet1740 den Streit zugunsten der Ovisten entschied.

Neben der sehr populären Präformationslehre, die 1625 durchGiuseppe degli Aromatari(1587–1660) ins Spiel gebracht worden war, gab es im 17. Jahrhundert auch renommierte Anhänger der an Aristoteles anknüpfenden Epigenesislehre, namentlichWilliam HarveyundRené Descartes.Deren Ansichten galten jedoch als antiquiert und wurden als unwissenschaftlich verworfen, da sie immaterielle Wirkprinzipien voraussetzten, während der Präformismus rein mechanistisch gedacht werden konnte und zudem durch die Einführung des Mikroskops einen starken Auftrieb erfuhr.

Die Vorstellung der Präformation herrschte bis in das 19. Jahrhundert hinein vor, obwohl es durchaus Forschungsergebnisse gab, die nicht mit ihr in Einklang gebracht werden konnten. Großes Erstaunen riefen die Versuche zurRegenerationbeiSalamandern,Süßwasserpolypenund anderen Tieren hervor. Polypen kann man fein zerhacken, und jedes Teilstück entwickelt sich, wieAbraham Trembley1744 beschrieb, innerhalb von zwei bis drei Wochen zu einem kompletten Tier. In den Jahren 1744 bis 1754 veröffentlichtePierre-Louis Moreau de Maupertuismehrere Schriften, in denen er aufgrund von Beobachtungen bei Tieren und Menschen, wonach beide Eltern Merkmale an ihre Nachkommen weitergeben können, die Präformationslehre kritisierte und ablehnte. Entsprechende Beobachtungen publizierte auchJoseph Gottlieb Kölreuter(1761), der als ErsterKreuzungenverschiedener Pflanzenarten studierte. UndCaspar Friedrich Wolffbeschrieb 1759 minutiös die Entwicklung des Embryos im Hühnerei aus völlig undifferenzierter Materie. Trotz der Probleme, die derartige Forschungen aufwarfen, geriet die Präformationslehre jedoch erst im frühen 19. Jahrhundert durch dieembryologischenUntersuchungen vonChristian Heinrich Pander(1817) undKarl Ernst von Baer(1828) ins Wanken, bei denen diese die Bedeutung derKeimblätteraufklärten und allgemein gültige Gesetzmäßigkeiten derEmbryogeneseder Tiere aufzeigten.

Mit der Etablierung der vonMatthias Jacob Schleiden(1838),Theodor Schwann(1839) undRudolf Virchow(1858) entwickelten AllgemeinenZelltheoriewurde deutlich, dass die Gründe für die Ähnlichkeit von Eltern und Nachkommen in derZellelokalisiert sein müssen. Alle Organismen bestehen aus Zellen, Wachstum beruht auf der Vermehrung der Zellen durchTeilung,und bei dergeschlechtlichen Fortpflanzung,die bei Vielzellern der Normalfall ist, vereinigen sich je eineKeimzellebeiderlei Geschlechts zu einerZygote,aus welcher durch fortwährende Teilung undDifferenzierungder neue Organismus hervorgeht.

Klassische Genetik

Die Gesetzmäßigkeiten der Vererbung blieben lange im Unklaren. Schon in den Jahren 1799 bis 1823 führteThomas Andrew Knight– wie einige Jahrzehnte späterGregor Mendel– Kreuzungsexperimente mit Erbsen durch, bei denen er bereits die Erscheinungen derDominanzund der Aufspaltung von Merkmalen beobachtete.1863 publizierteCharles Victor Naudin(1815–1899) die Ergebnisse seiner Kreuzungsexperimente mit zahlreichen Pflanzengattungen, wobei er das sehr gleichartige Aussehen aller Pflanzen der ersten Tochtergeneration und die „extreme Verschiedenartigkeit der Formen “in den folgenden Generationen konstatierte und damit weitere bedeutende Aspekte der fast zeitgleichen Erkenntnisse Mendels vorwegnahm, aber im Unterschied zu Mendel keinestatistischeAuswertung durchführte.

Gregor Mendel

Der entscheidende Durchbruch gelang dann Mendel mit seinen 1856 begonnenen Kreuzungsversuchen, bei denen er sich aufeinzelne Merkmalekonzentrierte und die erhaltenen Datenstatistisch auswertete.So konnte er die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten bei der Verteilung von Erbanlagen auf die Nachkommen ermitteln, die heute alsMendelsche Regelnbezeichnet werden. Diese Entdeckungen, die er 1866 publizierte, blieben jedoch zunächst in der Fachwelt fast unbeachtet und wurden erst im Jahr 1900 vonHugo de Vries,Carl CorrensundErich Tschermakwiederentdeckt und aufgrund eigener Versuche bestätigt.

Einen radikalen Umbruch der Vorstellungen von der Vererbung brachte die Keimbahn- oderKeimplasmatheoriemit sich, dieAugust Weismannin den 1880er Jahren entwickelte.Schon seit demAltertumgalt es als selbstverständlich, dass Merkmale, welche die Eltern während ihres Lebens erworben haben, auf die Nachkommen übertragen werden können. NachJean-Baptiste de Lamarck,in dessenEvolutionstheoriesie eine bedeutende Rolle spielte, wird diese Ansicht heute alsLamarckismusbezeichnet. Doch auchCharles Darwinpostulierte in seinerPangenesistheorie,dass der ganze elterliche Organismus auf die Keimzellen einwirke – unter anderem sogar indirekt durchTelegonie.Weismann unterschied nun zwischen derKeimbahn,auf der die Keimzellen eines Organismus sich von der Zygote herleiten, und dem Soma als der Gesamtheit aller übrigen Zellen, aus denen keine Keimzellen hervorgehen können und von denen auch keine Einwirkungen auf die Keimbahn ausgehen. Diese Theorie war allerdings anfangs sehr umstritten.

Hugo de Vries

Mit seinem zweibändigen WerkDie Mutationstheorie(1901/03) führte de Vries den bis dahin in derPaläontologiegebräuchlichen Begriff „Mutation“in die Vererbungslehre ein. Nach seiner Auffassung handelte es sich bei Mutationen um umfassende, sprunghafte Veränderungen, durch welche eine neueArtentstehe. Dabei stützte er sich auf seine Studien anNachtkerzen,bei denen eine „in allen ihren Organen “stark veränderte Pflanze aufgetreten war, deren Merkmale sich als erbkonstant erwiesen und die er daher als neue Art (Oenothera gigas) beschrieb. (Später stellte sich heraus, dassOe. gigasim Unterschied zu dendiploidenAusgangspflanzentetraploidwar und somit – aus heutiger Sicht – der Sonderfall einerGenommutation(Autopolyploidie) vorlag.) Dieser Befund stand im Widerspruch zu der anCharles DarwinanschließendenEvolutionstheorie,die das Auftreten geringfügiger Veränderungen voraussetzte, und das war einer der Gründe, warum der „Mendelismus“sich zeitweilig im Widerstreit mit dem damals noch nicht allgemein akzeptiertenDarwinismusbefand.

In den Jahren um die Jahrhundertwende untersuchten etliche Forscher die unterschiedlichen Formen derChromosomenund deren Verhalten beiZellteilungen.Aufgrund der Beobachtung, dass gleich aussehende Chromosomen paarweise auftreten, äußerteWalter Sutton1902 als erster die Vermutung, dass dies etwas mit den ebenfalls gepaarten Merkmalen und deren „Spaltung “in den Untersuchungen von Mendel und seinen Wiederentdeckern zu tun haben könne.Im Anschluss daran formulierteTheodor Boveri1904 dieChromosomentheorie der Vererbung,wonach die Erbanlagen an die Chromosomen gebunden sind und deren Verhalten bei derMeioseundBefruchtungden Mendelschen Regeln entspricht.

Vererbung der Augenfarbe beiDrosophila.Abbildung ausThe Physical Basis of Heredity(1919)

Eine sehr folgenreiche Entscheidung war die Wahl vonTaufliegenals Versuchsobjekt durch die Arbeitsgruppe umThomas Hunt Morganim Jahre 1907, vor allem weil diese in großer Zahl auf kleinem Raum gehalten werden können und sich sehr viel schneller vermehren als die bis dahin verwendeten Pflanzen. So stellte sich bald heraus, dass es auch geringfügige Mutationen gibt, auf deren Grundlage allmähliche Veränderungen innerhalb von Populationen möglich sind (Morgan:For Darwin,1909). Eine weitere wichtige Entdeckung machte Morgans Team etwa 1911, als man die schon 1900 von Correns publizierte Beobachtung, dass manche Merkmale meist zusammen vererbt werden (Genkopplung), mit Untersuchungen der Chromosomen verband und so zu dem Schluss kam, dass es sich bei den Koppelungsgruppen um Gruppen von Genen handelt, welche auf demselben Chromosom liegen. Wie sich weiter herausstellte, kann es zu einem Austausch von Genen zwischen homologen Chromosomen kommen (Crossing-over), und aufgrund der relativen Häufigkeiten dieser intrachromosomalenRekombinationenkonnte man eine lineare Anordnung der Gene auf einem Chromosom ableiten (Genkarte). Diese Erkenntnisse fasste Morgan 1921 inThe Physical Basis of Heredityund 1926 programmatisch inThe Theory of the Genezusammen, worin er die Chromosomentheorie zur Gentheorie weiterentwickelte.

Diese Theorie war schon während ihrer allmählichen Herausbildung sehr umstritten. Ein zentraler Streitpunkt war die Frage, ob die Erbanlagen sich ausschließlich imZellkernoder auch imZytoplasmabefinden. Vertreter der letzteren Ansicht waren u. a. Boveri, Correns,Hans Driesch,Jacques LoebundRichard Goldschmidt.Sie postulierten, dass im Kern nur relativ geringfügige Erbfaktoren bis hin zu Artmerkmalen lokalisiert seien, während Merkmale höherer systematischer Kategorien (Gattung,Familieusw.) durch das Plasma vererbt würden. Der entschiedenste Vertreter der Gegenseite war Morgans ehemaliger MitarbeiterHermann Joseph Muller,der inThe Gene as the Basis of Life(1929) die im Kern lokalisierten Gene als die Grundlage des Lebens überhaupt bezeichnete und die Bedeutung des Plasmas als sekundär einstufte.

Muller war es auch, der 1927 erstmals von der Erzeugung von Mutationen durchRöntgenstrahlungberichtete, wodurch die genetische Forschung nicht mehr darauf angewiesen war, auf spontan auftretende Mutationen zu warten. Der von de Vries, Morgan, Muller und Anderen vertretenen Ansicht der Zufälligkeit der Mutationen stand das u. a. vonPaul KammererundTrofim Denissowitsch Lyssenkoverfochtene Postulat gegenüber, dass Mutationen „gerichtet “und qualitativ durch Umwelteinflüsse bestimmt seien.

Zur Förderung der „menschlichen Erblehre “trugen im ersten Viertel des 20. Jahrhunderts auchErwin Baur,Eugen FischerundFritz Lenzbei, ebenso mit Arbeiten zur ZwillingsforschungWilhelm Weitz,Hermann Werner SiemensundOtmar Freiherr von Verschuer.

Populationsgenetik

→Hauptartikel:Populationsgenetik

Nach dem allgemeinen Bekanntwerden von Mendels mathematisch exakter Beschreibung desdominant-rezessiven Erbgangsim Jahr 1900 wurde die Frage diskutiert, obrezessiveMerkmale in natürlichenPopulationenallmählich verschwinden oder auf Dauer erhalten bleiben.Hierzu fanden der deutsche ArztWilhelm Weinbergund der britische MathematikerGodfrey Harold Hardy1908 fast gleichzeitig eine Formel, die das Gleichgewicht dominanter und rezessiver Merkmale in Populationen beschreibt. Diese Entdeckung wurde jedoch unter Genetikern zunächst kaum beachtet. Erst 1917 führteReginald Punnettdas von ihm so genannte „Hardy-Gesetz “in die Populationsforschung ein, was ein wichtiger Beitrag zur Begründung derPopulationsgenetikals eigenständigem Forschungszweig in den 1920er Jahren war. Weinbergs Beitrag wurde sogar erst 1943 vonCurt Sternwiederentdeckt, der die Formel daraufhin in „Hardy-Weinberg-Gesetz“umbenannte.

Die Grundlagen der Populationsgenetik wurden parallel vonSewall Wright,Ronald A. FisherundJ. B. S. Haldaneentwickelt.Sie erkannten, dass Vererbungsvorgänge in der Natur sinnvollerweise auf der Ebene von Populationen zu betrachten sind, und formulierten dafür die theoretischen Grundlagen (Haldane:A Mathematical Theory of Natural and Artificial Selection.1924–1932; Fisher:The Genetical Theory of Natural Selection.1930; Wright:Evolution in Mendelian Populations.1931).

Molekulargenetik

→Hauptartikel:Molekularbiologie

Seit 1889 (Richard Altmann) war bekannt, dass Chromosomen aus „Nucleinsäure“und basischem Protein bestehen. Über deren Aufbau und Funktion konnte jedoch lange Zeit nur spekuliert werden. 1902 postuliertenEmil FischerundFranz Hofmeister,dass ProteinePolypeptideseien, also lange Ketten vonAminosäuren.Das war zu diesem Zeitpunkt allerdings noch sehr spekulativ. Als 1905 die ersten Analysen der Aminosäuren-Zusammensetzung von Proteinen publiziert wurden, erfassten diese lediglich ein Fünftel des untersuchten Proteins, und die Identifikation aller 20 proteinogenen Aminosäuren zog sich bis 1935 hin. Dagegen war bei der Nukleinsäure schon 1903 klar (Albrecht Kossel), dass sie neben Zucker und Phosphat lediglich fünf verschiedeneNukleinbasenenthält. Erste Analysen der Basenzusammensetzung durchHermann Steudelergaben 1906, dass die vier hauptsächlich vorhandenen Basen zu annähernd gleichen Anteilen enthalten sind. Daraus schloss Steudel (1907), dass die Nukleinsäure „ein relativ einfach gebauter Körper sei “,dem man keine anspruchsvollen Funktionen beimessen könne. Dies etablierte sich als Lehrmeinung, die bis in die 1940er Jahre gültig blieb, und auf dieser Grundlage betrachtete man nicht die Nukleinsäure(n), sondern die Proteine als „Erbsubstanz “.

Zu der Einsicht, dass es sich gerade umgekehrt verhält und die NukleinsäureDNAals Erbsubstanz angesehen werden muss, führten die Experimente der Arbeitsgruppe vonOswald AveryzurTransformationvonPneumokokken(1944)und dasHershey-Chase-Experimentvon 1952 mitBakteriophagen.Außerdem zeigteErwin Chargaff1950, dass die vierNukleotide,aus denen die DNA besteht, nicht zu gleichen, sondern zupaarweisegleichen Anteilen enthalten sind. Zusammen mitRöntgenstrukturanalyse-Daten vonRosalind Franklinwar das die Grundlage für die Entwicklung desDoppelhelix-Strukturmodells der DNA durchJames WatsonundFrancis Crick1953.

Ab 1985 fand diePolymerase-Kettenreaktion(PCR), mit deren Hilfe eine bestimmten DNA-Sequenz millionenfach vervielfältigt werden kann, breite Anwendung und ermöglichte die genauere Untersuchung der DNA, zum Beispiel mitAgarose-Gelelektrophorese.1995 wurde mitHaemophilus influenzaedas erste vollständige Genom sequenziert. 1996 wurde mit derBackhefedas erste Genom einesEukaryontenveröffentlicht.2001 wurde das menschliche Genom imHumangenomprojektsequenziert. Im Folgenden konnte die molekulare DNA-Struktur eines Gens mit der RNA und dem zugehörigen Protein und der Funktion dieses Proteins im Körper verknüpft werdenund das Gebiet der Genomik, das sich mit der Erforschung des Aufbaus von Genomen und der Wechselwirkungen zwischen Genen befasst, entwickelte sich. Dazu wurden Datenbanken wieNCBIundEnsemblaufgebaut.

Siehe auch

Wiktionary: Genetik– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Literatur

• François Jacob:La logique du vivant: Une histoire de l'hérédité.Gallimard, Paris 1971. (deutsch:Die Logik des Lebenden.Fischer, Frankfurt am Main 1972, Neuausgabe 2002)
• Wilfried Janning, Elisabeth Knust:Genetik.2. Auflage. Thieme, Stuttgart 2008,ISBN 978-3-13-149801-4.
• William S. Klug, Michael R. Cummings, Charlotte A. Spencer:Genetik.8. Auflage. Pearson Studium, München 2007,ISBN 978-3-8273-7247-5.
• Hans-Peter Kröner:Genetik.In:Werner E. Gerabek,Bernhard D. Haage,Gundolf Keil,Wolfgang Wegner (Hrsg.):Enzyklopädie Medizingeschichte.de Gruyter, Berlin / New York 2005,ISBN 3-11-015714-4,S. 468–475.
• Katharina Munk (Hrsg.):Taschenlehrbuch Biologie: Genetik.Thieme, Stuttgart 2010,ISBN 978-3-13-144871-2.
• Eberhard Passarge:Color atlas of genetics Taschenatlas der Genetik,Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart 2018, 5. Auflage,ISBN 978-3-13-241440-2.
• Hans-Jörg Rheinberger,Staffan Müller-Wille:Vererbung – Geschichte und Kultur eines biologischen Konzepts.Fischer, Frankfurt am Main 2009,ISBN 978-3-596-17063-0.

Weblinks

• Literatur von und über Genetikim Katalog derDeutschen Nationalbibliothek
• Die Geschichte der DNA.(Flash) In:schule-bw.de.Ehemals imOriginal(nicht mehr online verfügbar);abgerufen am 6. Dezember 2020(deutsche Fassung von „DNA from the Beginning “des Dolan DNA Learning Center).@1@2Vorlage:Toter Link/ schule-bw.de(Seite nicht mehr abrufbar.Suche in Webarchiven)
• Genetic Science Learning Center – University of Utah(engl.), Gewinner desSciencePrize for Online Resources in Education.
• Michael Stang:Datenschutz – Gehackte Gene.In:Deutschlandfunk-SendungWissenschaft im Brennpunkt.3. Oktober 2014;abgerufen am 6. Dezember 2020.