Essenzielle Cookies sind nötig. Analyse und Werbemessung nur mit deiner Zustimmung.
Biologie · Molekulare Genetik
Die Genomanalyse sucht Varianten im Erbgut. Die Lektion ordnet Restriktionsenzyme, Gelelektrophorese, Sonden, Blots und Microarrays der Frage zu, die sie beantworten.
Genomanalyse untersucht das Erbgut: ganz per Sequenzierung oder gezielt mit Labormethoden. Jede Methode beantwortet eine eigene Frage: Welche Basen? Wie lang? Ist Sequenz X da?
| Frage | Methode |
|---|---|
| Welche Basen stehen da? | Sequenzierung |
| Wie zerlege ich DNA gezielt? | Restriktionsenzym |
| Wie lang sind die Stücke? | Gelelektrophorese |
| Ist diese Sequenz vorhanden? | Sonde, Hybridisierung |
| Welche Gene sind aktiv? | Microarray |
| Fehlt ein Chromosomenstück? | FISH, Array-CGH |
→ Ausführlich in: DNA-Sequenzierung
Mit NGS liest man heute ein ganzes Genom oder nur alle Exons (Exom) in Stunden bis Tagen. Ein Computer vergleicht die Lesestücke mit dem Referenzgenom aus dem Humangenomprojekt und meldet jede Abweichung. → Ausführlich in: Genomik
Restriktionsenzyme stammen aus Bakterien und zerschneiden fremde DNA, etwa von Viren. Jedes erkennt eine kurze Sequenz (meist 4–8 Basenpaare), oft ein Palindrom: Auf beiden Strängen liest man 5'→3' dasselbe. EcoRI schneidet GAATTC zwischen G und A.
Der Schnitt ist meist versetzt und hinterlässt Einzelstrang-Überhänge (sticky ends). Zwei mit demselben Enzym geschnittene DNA-Stücke passen deshalb zusammen, und die DNA-Ligase verknüpft sie.
→ Ausführlich in: Gentechnisch veränderte Organismen (Klonierung mit Plasmid)
Zerstört eine Mutation eine Schnittstelle, ändern sich die Fragmentlängen. So erkennt man manche Varianten, etwa die Sichelzellmutation.
DNA ist durch ihre Phosphatgruppen negativ geladen. Im elektrischen Feld wandert sie durch das Gel zur Anode (+). Das Gel wirkt wie ein Sieb: Kurze Fragmente kommen weiter, lange bleiben zurück.
Ein Längenstandard aus Fragmenten bekannter Größe dient als Maßstab. Sichtbar werden die Banden durch einen Fluoreszenzfarbstoff unter UV-Licht.
Beispiel: Ein lineares DNA-Stück von 6000 Basenpaaren hat zwei Schnittstellen, bei 1000 und bei 4000. Es entstehen drei Fragmente (1000, 3000, 2000). Im Gel stehen sie von der Startlinie aus in der Reihenfolge 3000, 2000, 1000.
Bei der Hybridisierung paaren sich komplementäre Einzelstränge. Eine DNA-Sonde ist ein kurzes, markiertes Einzelstrangstück (radioaktiv oder fluoreszierend). Sie bindet nur an ihre komplementäre Zielsequenz und zeigt so, dass diese da ist.
Ein Blot verbindet Gel und Sonde: Die getrennten Moleküle werden vom Gel auf eine Membran übertragen und dort nachgewiesen. *Southern* ist ein Eigenname, *Northern* und *Western* sind Wortspiele.
| Blot | weist nach | mit |
|---|---|---|
| Southern | DNA | DNA-Sonde |
| Northern | RNA | Sonde |
| Western | Proteine | Antikörper |
FISH hybridisiert fluoreszierende Sonden direkt an Chromosomen und zeigt, ob ein Abschnitt vorhanden, verdoppelt oder verlagert ist.
Ein Microarray (DNA-Chip) trägt tausende Spots, jeder mit einer anderen bekannten DNA-Sonde. Man gibt fluoreszenzmarkierte Proben-DNA darauf. Wo sie bindet, leuchtet der Spot: Je heller, desto mehr passende Moleküle.
So misst man die Aktivität vieler Gene gleichzeitig, wenn man cDNA aus mRNA einsetzt. Mit DNA findet man SNPs (Einzelbasen-Varianten) und Deletionen oder Duplikationen (Array-CGH).
| Veränderung | Typische Methode |
|---|---|
| Einzelbasen-Austausch (SNP) | Sequenzierung, SNP-Array |
| Deletion, Duplikation eines Abschnitts | Array-CGH, MLPA |
| Chromosom fehlt, zusätzlich, verlagert | Karyogramm, FISH |
| Schnittstelle verloren | Restriktionsmuster |
MLPA zählt mit Sonden einzelne Exons und zeigt, ob welche fehlen oder doppelt sind. Wann die Klinik welche Methode einsetzt, steht in der Diagnostik-Lektion. → Ausführlich in: Genetische Diagnostik
Eine lange Bande statt zwei kurzer, weil der Schnitt ausbleibt.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeWie können aus rund 19 000 Genen über 100 000 Proteine entstehen? Erkläre es an den zwei Verzweigungen der Grafik.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
