Erbgut
Das Erbgut steht in der Biologie für die Gesamtheit der Erbanlagen. Das Genom, auch Erbgut ist das genetische Material eines Organismus bestehend aus DNA (oder RNA in RNA-Viren). Das Genom beinhaltet sowohl die Gene (die kodierenden Regionen) als auch die nicht kodierende DNA, sowie mitochondriale DNA und Chloroplast-DNA. Die Erforschung des Genoms wird als Genomik bezeichnet.
Genomsequenz
Eine Genomsequenz ist die vollständige Liste der Nukleotide (A, C, G und T für DNA-Genome), die alle Chromosomen einer Person oder einer Spezies ausmachen. Innerhalb einer Spezies ist die überwiegende Mehrheit der Nukleotide zwischen den Individuen identisch, aber die Sequenzierung mehrerer Individuen ist notwendig, um die genetische Vielfalt zu verstehen.
Walter Fiers von der Universität Gent (Belgien) war 1976 der erste, der die komplette Nukleotidsequenz eines viralen RNA-Genoms (Bacteriophage MS2) etablierte. Im nächsten Jahr stellte Fred Sanger die erste DNA-Genomsequenz fertig: Phagen Φ-X174, von 5386 Basenpaaren. Die ersten vollständigen Genomsequenzen zwischen allen drei Lebensbereichen wurden Mitte der 90er Jahre innerhalb kurzer Zeit freigesetzt: Das erste bakterielle Genom, das sequenziert wurde, war das von Haemophilus influenzae, das 1995 von einem Team des Institute for Genomic Research ergänzt wurde. Wenige Monate später wurde das erste eukaryotische Genom fertiggestellt, mit Sequenzen der 16 Chromosomen der knospenden Hefe Saccharomyces cerevisiae, die als Ergebnis einer Mitte der 80er Jahre begonnenen europäischen Initiative veröffentlicht wurden. Die erste Genomsequenz für ein Archäon, Methanococcus jannaschii, wurde 1996 abgeschlossen, wiederum vom Institut für Genomforschung.
Genomsequenzierung
Die Entwicklung neuer Technologien hat die Genomsequenzierung dramatisch billiger und einfacher gemacht, und die Zahl der kompletten Genomsequenzen wächst rasant. Das US National Institutes of Health unterhält eine von mehreren umfassenden Datenbanken mit genomischen Informationen. Unter den Tausenden von abgeschlossenen Genomsequenzierungsprojekten sind diejenigen für Reis, eine Maus, die Pflanze Arabidopsis thaliana, den Kugelfisch und die Bakterien E. coli. Im Dezember 2013 sequenzierten die Wissenschaftler erstmals das gesamte Genom eines Neandertalers, einer ausgestorbenen Spezies des Menschen. Das Genom wurde aus dem Zehenknochen eines 130.000 Jahre alten Neandertalers gewonnen, der in einer sibirischen Höhle gefunden wurde.
Neue Sequenzierungstechnologien, wie die massive parallele Sequenzierung, haben auch die Perspektive der persönlichen Genomsequenzierung als diagnostisches Instrument eröffnet. Ein wichtiger Schritt in diese Richtung war die Fertigstellung des vollständigen Genoms von James D. Watson, einem der Mitentdecker der DNA-Struktur, im Jahr 2007.
Virale Genome
Virale Genome können entweder aus RNA oder DNA bestehen. Die Genome von RNA-Viren können entweder einzelsträngige oder doppelsträngige RNA sein und können ein oder mehrere separate RNA-Moleküle enthalten. DNA-Viren können entweder einzelsträngige oder doppelsträngige Genome aufweisen. Die meisten DNA-Virus-Genome bestehen aus einem einzigen, linearen Molekül der DNA, aber einige bestehen aus einem zirkulären DNA-Molekül.
Prokaryotische Genome
Prokaryoten und Eukaryoten haben DNA-Genome. Wenn die DNA schneller repliziert wird als die Bakterienzellen teilen, können mehrere Kopien des Chromosoms in einer einzigen Zelle vorhanden sein, und wenn sich die Zellen schneller teilen als die DNA repliziert werden kann, wird die mehrfache Replikation des Chromosoms eingeleitet, bevor die Teilung stattfindet, so dass Tochterzellen komplette Genome und bereits teilweise replizierte Chromosomen erben können.
Eukaryontische Genome
Eukaryontische Genome bestehen aus einem oder mehreren linearen DNA-Chromosomen. Die Anzahl der Chromosomen variiert stark von Springameisen und einem asexuellen Nemotode, die jeweils nur ein Paar haben, bis hin zu einer Farnart mit 720 Paaren. Eine typische menschliche Zelle hat zwei Kopien von jedem der 22 Autosomen, eines von jedem Elternteil geerbt, plus zwei Geschlechtschromosomen, was sie diploid macht. Keimzellen wie Eizellen, Spermien, Sporen und Pollen sind haploid, d.h. sie tragen nur eine Kopie von jedem Chromosom.
Neben den Chromosomen im Kern haben Organellen wie die Chloroplasten und Mitochondrien eine eigene DNA. Mitochondrien sollen manchmal ein eigenes Genom haben, das oft als "mitochondriales Genom" bezeichnet wird. Die im Chloroplasten enthaltene DNA kann als "Plastom" bezeichnet werden. Wie die Bakterien, aus denen sie stammen, haben Mitochondrien und Chloroplasten ein kreisförmiges Chromosom.
Genomische Veränderungen
Alle Zellen eines Organismus stammen aus einer einzigen Zelle, so dass von ihnen erwartet wird, dass sie identische Genome haben; in einigen Fällen treten jedoch Unterschiede auf. Sowohl der Kopiervorgang der DNA während der Zellteilung als auch die Exposition gegenüber Umweltmutagenen können zu Mutationen in somatischen Zellen führen. In einigen Fällen führen solche Mutationen zu Krebs, weil sie die Zellteilung beschleunigen und in das umgebende Gewebe eindringen.
Vervielfältigung
Während der Meiose teilen sich diploide Zellen zweimal, um haploide Keimzellen zu produzieren. Während dieses Prozesses führt die Rekombination zu einer Umschichtung des Erbmaterials aus homologen Chromosomen, so dass jeder Gamet ein einzigartiges Genom hat. Duplikationen spielen eine große Rolle bei der Gestaltung des Genoms. Die Vervielfältigung kann von der Verlängerung kurzer Tandem-Wiederholungen über die[Vervielfältigung einer Gruppe von Genen bis hin zur Vervielfältigung ganzer Chromosomen oder sogar ganzer Genome reichen. Solche Doppelungen sind wahrscheinlich von grundlegender Bedeutung für die Entstehung einer genetischen Neuheit.
Siehe auch
Weblinks
- Krishna bereitet Arjuna vor – BhG XI.7
- Die Zellentheorie und die Gedanken, in Die Macht der Gedanken von Swami Sivananda, 1 Kapitel
- Lebe in Gott
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