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Epigenetik – mehr als die Summe der Gene?

„Große Bereiche unseres Genoms sind immer noch informationelle Wüste für uns. Wir kennen die Basenabfolge, aber wir wissen nicht, was im Genom passiert.“

 

Beim Menschen lassen sich  Veränderungen im Genom feststellen, die völlig ohne Mutation ablaufen. Wissenschaftler streiten sich darüber, ob diese weitervererbt werden können. Der aktuelle Stand: Bestimmte Gene werden – je nach Umwelteinfluss – an- und abgeschaltet oder wie bei einem Lichtschalter gedimmt. Die eigentliche DNA-Sequenz bleibt dabei aber unverändert.

Doch noch stecken diese Untersuchungen der Epigenetik in den Kinderschuhen.

Um bei diesem spannendem Thema wirklich am Puls der Zeit zu sein, lege ich dir diese beiden Folgen des „Hörsaals“ von Deutschlandfunk Nova ans Herz. Unsere Biologie Bücher sind bzgl. dieser Thematik einfach viel zu alt ;)!

Beitrag Nr. 1: Mehr als die Summe der Gene:

https://www.deutschlandfunknova.de/beitrag/hoersaal-epigenetik-mehr-als-die-summe-der-gene

 

Beitrag Nr. 2: Wie sich der Lebensstil an unsere Kinder vererbt:

https://www.deutschlandfunknova.de/beitrag/hoersaal-epigenetik-wie-der-lebensstil-an-unsere-kinder-weitervererbt-wird

Viel Spaß mit den Experten und deren kontroversen Diskussionen!

Epigenetik – Ein Überblick

Die Epigenetik ist ein noch junger Teilbereich der Genetik und befasst sich mit verschiedenen Einflussfaktoren, die auf die Aktivität der Gene und die Zellentwicklung Einfluss nehmen können.

Epigenetische Schalter – chemischen Veränderung von Proteinen und der DNA können die Aktivität der Gene erhöhen oder sogar stoppen. Hinzu kommt, dass diese Schaltmechanismen auch vererbt werden.

Hier bekommst du einen ganz guten Überblick über die Thematik:

 

Bei epigenetischen Schaltern handelt es sich also um Veränderungen jenseits des genetischen Codes – dieses Video von der Max Planck Gesellschaft (mit Super Visualisierungen) empfehle ich sehr!

Hier erfährst du mehr über:

  • die DNA-Methylierung,
  • der Hydroxy-Methylierung der DNA
  • die Auswirkung des Verpackungsgrades der Histone auf die Ablesbarkeit der DNA.

Krebsentstehung – wie entarten Zellen?

Hier ein sehr informatives Video (ca. 13 Min) über die Krebsentstehung! Die Zusammenhänge werden sehr gut und verständlich erklärt.

Das Video ist u.a. gegliedert in die Abschnitte:

  • Zellzyklus
  • Tumorzellen
  • Krebsgene
  • Mehrfachhypothese

 

 

Krebs ist aber nicht immer gleich Krebs – es gibt gutartige und bösartige Tumore.

Doch worin liegt der Unterschied?

In diesem Video von the simple club bekommst du die Antwort:

Zur Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen im Hinblick auf die Regulation des Zellzyklus

In der Regel befinden sich die Zellen unseres Körpers in einem physiologischem Gleichgewicht – Mutationen können jedoch dieses Gleichgewicht stören, weil beispielsweise die Menge oder Aktivität produzierter Proteine verändert wird.

Bei zwei Klassen von Genen, die für das normale Zellwachstum und die Zelldifferenzierung wichtig sind, können Mutationen sehr gravierende Folgen haben:

  1. Proto-Onkogene (= Krebsgen-Vorläufer)
  2. Tumor-Suppressorgene (= tumor-unterdrückende Gene)

In diesem kurzen Video werden dir die Funktionen der beiden Gene noch einmal erklärt:

 

Hier JETZT klicken: Denn hier findest du noch weitere wichtige Informationen zur Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen und Beispiele wichtiger Vertreter, wie z.B. ras (Proto-Onkogen –> durch Mutation sind die Enzyme daueraktiv / möglicher Tumor: Lungen-, Dickdarmkrebs) oder p53 (Tumor-Suppressorgen –> Zellteilung kann in G1 Phase des Zellzyklus nicht mehr angehalten werden / Ursache bei über 50% aller menschlicher Tumore!).

—> Des Weiteren findest du 3 ÜBUNGSAUFGABEN zu dem Thema und einen dazu gehörigen LÖSUNGSVORSCHLAG hier <—-


Und hier noch ein passendes Video zum Thema von Quarks und Co —> „Können wir den Krebs besiegen?“

Schließlich gilt es – wie immer – den Überblick zu behalten!

Hat dir der Beitrag geholfen?

 

 

 

Moderner Mensch und Neandertaler

Lange Zeit gingen die Forscher davon aus, dass sich der moderne Mensch aus dem Neandertaler entwickelt hat. Die Paläogenetik erlaubte jedoch neue Einsichten in die Entwicklung des Homo sapiens sapiens.

In einer Studie mit der mtDNA eines Neandertalers zeigte dessen DNA eine deutlich größere Abweichung zu der des modernen Menschen als die Proben heutiger Menschen aus unterschiedlichen Regionen der Welt untereinander.

Daraus schlossen die Forscher, dass die Koexistenz von Mensch und Neandertaler ohne Vermischung verlaufen sei.

Diese Ansicht musste jedoch korrigiert werden, nachdem seit 2010 ein Vergleich von mehreren Milliarden Basenpaaren der DNA aus Zellkernen von Neandertalern und modernen Menschen vorliegt.

Das Spannende: Bei Nichtafrikanern hat demnach ein Genfluss zwischen Neandertaler und modernen Menschen stattgefunden. Bei Afrikanern fehlt dieser Genfluss. Dies zeigt deutlich, dass die Vermischung nach der Auswanderung von Homo sapiens sapiens aus Afrika erfolgt sein muss.

Mehr zu dieser Thematik und noch mehr spannende Infos über den Neandertaler findest du hier in dieser Dokumentation:

 

Die Anfänge der Menschheit (Humanevolution)

Fossilfunde zeigen, dass über mehrere Millionen Jahre verschiedene Menschenarten, teils zur gleichen Zeit, teils nacheinander existiert haben. Dabei stammen die meisten Funde früher Hominiden aus Afrika. Seit ca. 10.000 jahren wird unsere Erde nur noch von einer einzigen Menschenform bewohnt – dem Homo sapiens sapiens.

Vor dem Hintergrund neuer Entdeckungen von Paläontologen zeichnet die Reihe die Evolutionsgeschichte des Homo sapiens nach.

 

Im ersten Teil geht es um ein Fossil,  das im Jahr 2000 in Äthiopien gefunden wurde: Selam, ein vor etwa 3,3 Millionen Jahren verstorbenes Mädchen, gehörte der Art des Australopithecus afarensis an, jener Art, von der die Mehrzahl der Spezialisten meint, dass der Mensch aus ihr hervorgegangen sei. Der kleinwüchsige, zweifüßige Hominide ähnelte noch sehr dem Schimpansen. Zu dieser Art gehört auch die berühmte Lucy, die Wissenschaftler 1974 vier Kilometer vom Selam-Fundort entfernt entdeckt hatten. Mehrjährige Forschungen haben bereits vorhandenes Wissen über die zweifüßige Fortbewegung der Australopithecinen bestätigt, nämlich dass sie sich auch hangelnd in Bäumen fortbewegen konnten. Vor allem aber brachten diese Forschungen kostbare Erkenntnisse über den entscheidenden Einfluss der Klimaschwankungen auf die menschliche Evolution.

 

Der zweite Teil untersucht das erste dem menschlichen schon sehr ähnliche Skelett des sogenannten Turkana Boy, eines männlichen Individuums, das vor etwa 1,6 Millionen Jahren in Kenia lebte. Die ersten Menschen brachten entscheidende Neuerungen, die ihr Überleben begünstigten: Sie jagten große Beutetiere mit Werkzeugen, sie konnten Feuer machen, entwickelten engere soziale Bande zum Schutz der Nachkommen und sie wanderten schließlich bis in den Kaukasus, nach Indonesien, Asien und Europa.

 

Paläo-klimatische Untersuchungen lassen darauf schließen, dass ein Klimawandel vor 140.000 Jahren in Afrika die Homo sapiens-Population auf etwa tausend, vielleicht sogar nur ein paar Hundert Vertreter verringerte. Um zu überleben, mussten sie sich einiges einfallen lassen. Im Zuge einer Klimaverbesserung verließen sie Afrika und begegneten anderen Menschenarten. Der Neandertaler, der nur über geringe technische Mittel verfügte, während sein energetischer Bedarf enorm hoch war, wurde nach und nach in die Randzonen Europas gedrängt und unterlag schließlich dem homo sapiens, der besser angepasst, erfindungsreicher und demographisch in der Überzahl war. Dies und mehr untersucht der dritte Teil.

Die Entstehung des Universums und allen Lebens

Eine Dokumentation über 13,7 Milliarden Jahre Werden und Vergehen. Diese knapp zweistündige Dokumentation bietet einen sehr guten Einstieg in das Thema Evolution.

Es beginnt mit der Entstehung unseres Planeten bis zur Entfaltung des Lebens und schließlich zur Ausbildung unseres menschlichen Bewusstseins.

Viel Spaß auf dieser wissenschaftlichen Reise zum Ursprung des Lebens!

Zu dieser Thematik noch dieser Buchtipp : „Die kürzeste Geschichte allen Lebens – Eine Reportage über 13,7 Milliarden Jahre Werden und Vergehen“ von Harald Lesch und Harald Zaun.

Selektion und Anpassung

Die Evolution (lat. evolvere, entwickeln) ist in den Augen fast aller heutigen Naturwissenschaftler sowohl eine Tatsache als auch eine Theorie. Noch in der Mitte des 19. Jahrhunderts galt die Annahme, dass die heutige Biodiversität (biologische Vielfalt) das Ergebnis eines langen, natürlichen Entwicklungsprozesses ist, noch als gewagte Hypothese, die im Widerspruch zur Bibel stand.

Im Jahre 1859 präsentierte Charles Darwin in seinem Buch „The Origin of Species by Means of Natural Selection“(„Die Entstehung der Arten durch natürliche Zuchtwahl“) jedoch so überzeugende Belege, dass schon damals kaum noch ein Naturwissenschaftler daran zweifelte, dass die Evolution der Arten eine Tatsache ist.

Darwins Selektionstheorie lieferte demnach eine schlüssige Erklärung für die Evolution der Lebewesen.

Dieses Video erklärt dir sehr anschaulich den Selektionsprozess und hilft dir Darwins „Theorie der natürlichen Selektion“ besser zu verstehen.

In diesem Video lernst du:

– die Funktionsweise der Selektion

– die Selektionsformen: Stabilisierende Selektion/ Transformierende Selektion /Disruptive Selektion

Der genetische Fingerabdruck kompakt

Für den groben Überblick – dieses Video:

Eins haben der genetische Fingerabdruck und der „reale“ Fingerabdruck gemeinsam: Beide sind höchst individuell.

Und daher eignet sich der genetische Fingerabdruck hervorragend zur Aufklärung von Strafdelikten. Der genetische Fingerabdruck ist laut dem deutschen Bundeskriminalamt (BKA) eines der erfolgreichsten Instrumente auf der Jagd  nach Verbrechern.

1990 hat der Bundesgerichtshof in einem Grundsatzurteil die Zulässigkeit der Analyse von genetisch informationslosen Abschnitten zu Beweiszwecken in Strafverfahren bestätigt  (siehe dazu auch den Spiegel 38/1990).

Hier findest du einen sehr guten Überblick zu den „Informationen rund um die DNA Analyse“ des BKA.

Für die polizeiliche DNA-Analyse in Deutschland werden ausschließlich Abschnitte aus den nicht codierenden Bereiche der DNA herangezogen. Es werden VNTR’s (variable number tandem repeats) oder STR’s (short tandem repeats) – sich wiederholende Sequenzen – untersucht.

Diese Wiederholungssequenzen kommen im Genom aller Säugetiere vor. Sie unterscheiden sich jedoch in der Anzahl der Wiederholungen.

Eine weitere Methode ist die Analyse des Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus (RFLP) – was für ein Zungenbrecher ;). Hier wird die DNA mit Hilfe von Restriktionsenzymen geschnitten. Diese Enzyme erkennen spezifische Abschnitte in der DNA. Je nachdem, wie oft ein solcher Abschnitt innerhalb der DNA vorhanden ist, ergeben sich unterschiedlich viele und unterschiedlich lange DNA-Fragmente. Diese können anschließend durch eine Gelelektrophorese sichtbar gemacht werden.

Zur Polymerase-Kettenreaktion noch dieses Video:

Und hier noch eine schöne Zusammenfassung der wesentlichen Schritte der PCR.

Zur Gelelektrophorese noch dieses Video:

Hier kommst du zu Fragenkatalog 1 und Fragenkatalog 2 zum genetischen Fingerabdruck.  Und hast du dein Wissen überprüft? Nutze auch die Übungsaufgabe 1 und Übungsaufgabe 2 und vervollständige zum Abschluss diesen Lückentext (Alle Links führen zu mallig.eduvinet.de).

Falls du noch weitere Informationen schwarz auf weiss zum Thema „genetischer Fingerabdruck“ benötigst, findest du hier noch eine Zusammenfassung  auf einer Seite.

Auch diese Seite zur „Herstellung und Anwendung genetischer Fingerabdrücke“ eignet sich sehr gut zur Vertiefung und Wiederholung. Umfangreich aber sehr gut erklärt! Jetzt anschauen!

Haben dir die Informationen geholfen? Ich freue mich über Kommentare :)!

Die Proteinbiosynthese – ein Überblick

Die folgenden Videos hier dienen lediglich dazu einen groben Überblick über die beiden wesentlichen Prozesse der Proteinbiosynthese zu erhalten.

Es handelt sich dabei um den Prozess der Transkription..

..und den Prozess der Translation..

Mehr Details zu den einzelnen Prozessen – denn das war natürlich noch nicht alles zu dieser Thematik 😉 – folgen in Kürze.

Haben dir diese Clips geholfen? Ich freue mich über Kommentare!