Das Buch des Lebens

Lange Beine, kastanienfarbenes Haar, braune Augen mit goldfarbenen Einsprengseln, schwaches Bindegewebe, eine Neigung zu Übergewicht, allergisches Asthma ...

Wollte man sämtliche Merkmale eines Menschen in Textform aufschreiben, würden die Texte Bände füllen. Die Natur hat das Problem effektiver gelöst – das „Buch des Lebens“ ist als chemischer Code in den Zellkernen unseren Körperzellen hinterlegt. Die Buchstaben dieses Codes bestehen aus den vier Basen Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin, die in unterschiedlicher Zusammenstellung mit ihrem Rückgrat aus Phosphor und Zucker zur Desoxyribonukleinsäure (DNS) aneinandergereiht sind. Die Basenabfolge ergibt dabei die Wörter und Sätze, mit denen ein Organismus beschrieben wird, die Gene. Damit all diese Informationen auch in die Zelle passen, ist der DNS-Strang zu handlichen Chromosomen verdrillt.

Die Genialität der DNS-Konstruktion wird ersichtlich, wenn man weiß, dass es nicht nur einen Strang mit Basenpaaren gibt, sondern zwei Stränge, die komplementär zueinander aufgebaut sind. Denn bei den Basen passen immer nur Adenin und Thymin sowie Cytosin und Guanin zusammen. Sie bilden die sogenannten Basenpaare, von denen das menschliche Genom mehr als drei Milliarden besitzt. Weil jede Base darüber hinaus noch ihr Phosphor-Zucker-Rückgrat hat, sieht der DNS-Doppelstrang aus wie eine Strickleiter – bloss dass diese noch um sich selbst gedreht ist und so eine Doppelhelix bildet. Für die Aufklärung dieser Struktur erhielten der US-Amerikaner James D. Watson und der Brite Francis Crick 1962 den Nobelpreis für Medizin.

Die Doppelhelix sorgt nicht nur für mehr Stabilität der Erbinformation, weil die doppelte Darstellung Reparaturen erleichtert, sie ermöglicht auch eine einfache Vervielfältigung des Basencodes. Dazu wird die Strickleiter wie ein Reißverschluss geöffnet und die Zelle ersetzt die jeweils fehlende Seite mit den passenden Basen-Bausteinen. Geöffnet wird die DNS-Strickleiter natürlich auch, wenn die darauf verschlüsselten Informationen abgelesen werden müssen – beispielsweise, wenn jemand Schnupfen hat und mehr Sekret gebildet werden muss. Dann wird die DNS in Ribonukleinsäure (RNS) umgeschrieben. Denn die kann im Gegensatz zur DNS ins Zellplasma wandern, wo spezialisierte Zellorganellen die Informationen entziffern und daraus die gewünschten Eiweiße oder Enzyme herstellen (in unserem Fall das Nasensekret, das auch antibakterielle Wirkstoffe enthält).

Teilen sich Zellen, weil ein Organ wachsen soll, wird der DNS-Doppelstrang geöffnet und jede Seite wird wieder zu einer kompletten Doppelhelix vervollständigt. Diesen Vorgang nennt man Mitose. Bei der Fortpflanzung dagegen passiert etwas anderes, die Meiose: Die DNS in den Chromosomen wird nicht ausgewickelt, sondern der doppelte Chromosomensatz mit 46 Chromosomen wird verdoppelt und dann auf zwei neue Zellen verteilt. Dabei können die Chromosomen genetisches Material untereinander austauschen oder es verändern – so entstehen Mutationen. Die beiden neuen Zellen teilen sich später nochmals, sodass vier Spermien oder Eizellen mit jeweils nur 23 Chromosomen (einfachem Chromosomensatz) entstehen. Verschmelzen diese dann nach einem Geschlechtsakt mit dem Spermium oder der Eizelle des Partners, ist der Chromosomensatz wieder komplett: Der aus der Fusion entstehende Embryo hat also die Hälfte der Erbanlagen von der Mutter und die Hälfte vom Vater.

Um zu verstehen, wie die Vererbung funktioniert, ist das Prinzip des doppelten Chromosomensatzes entscheidend. So erben Kinder von jedem Elternteil ein Geschlechtschromosom. X steht für weiblich und Y für männlich. Weiblich werden aber nur jene Kinder, die in beiden Chromosomensätzen ein X haben. Ist dagegen in einem Chromosomensatz ein Y enthalten, werden sie männlich. Auch bei Körpermerkmalen wie der Augenfarbe oder bei der Veranlagung für Krankheiten muss man immer beide Chromosomensätze anschauen. Deutlich wird das am Beispiel der Blutkrankheit Sichelzellanämie.

Auch Gene können dominieren

„Die Sichelzellanämie gehört zu den ersten menschlichen Erkrankungen, bei denen man eine genetische Ursache nachgewiesen hat“, sagt Prof. Jörg Schmidtke, Direktor des Instituts für Humangenetik an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH). Bei Sichelzellanämie ist ein Teil der roten Blutkörperchen nicht mehr rund, sondern sichelförmig und kann daher keinen Sauerstoff transportieren. Trägt ein Mensch auf beiden Chromosomensätzen das Gen für die Sichelzellanämie (homozygot), leidet er unter Durchblutungsstörungen und Organschäden, weil viele rote Blutkörperchen verändert sind. Ist das Krankheitsgen nur in einem Chromosomensatz vorhanden (heterozygot), kann der Körper nicht nur die veränderten Blutkörperchen tolerieren, sondern der Betroffene ist außerdem vor Malariaerregern geschützt.

Bei anderen Merkmalen oder Erkrankungen regiert dagegen das Alles-oder-Nichts-Prinzip. Bei einer dominanten Vererbung wirkt sich das veränderte Gen so stark aus, dass das Merkmal schon auftritt, wenn es nur auf einem Chromosomensatz vorhanden ist. Eine dominante Erbkrankheit ist beispielsweise der Veitstanz (Huntingdon-Chorea). Andere Erkrankungen wie die Eisenspeicherkrankheit Hämochromatose werden dagegen rezessiv vererbt: die Veränderung muss in beiden Chromosomensätzen vorhanden sein.

Weil bei den genannten Erkrankungen ebenso wie bei der Stoffwechselkrankheit Mukoviszidose nur ein einziges Gen verändert ist, lässt sich die Ursache der Krankheit relativ leicht nachvollziehen. Allerdings sind solche „monogenen“ Erkrankungen individuell nur selten. „Insgesamt sind aber sechs Prozent aller Menschen von einer der vielen seltenen Erkrankungen betroffen“, sagt Schmidtke. Gerade bei großen Volkskrankeiten wie Herzinfarkt, Schlaganfall oder Diabetes spielen allerdings mehrere Gene und zudem der individuelle Lebensstil sowie die Umwelt eine Rolle. Wenn jemand raucht, kann das daher ein größeres Risiko für einen Schlaganfall bedeuten als eine bestimmte Genvariante.

Mit dem Wissen über die genetischen Ursachen von Krankheiten wuchs übrigens auch die Hoffnung auf neue Therapien wie die Gentherapie, die erbliche Krankheiten mit Eingriffen in die Erbsubstanz heilen soll. Doch die Erfolge sind bislang bescheiden. „Wir Genetiker sind realistisch geworden“, betont Schmidtke.

„Genetik spielt in der Klinik heute eher indirekt eine Rolle, etwa bei der Diagnostik.“ So möchten viele Menschen wissen, ob sie Anlageträger für eine Krankheit sind, die bei Verwandten aufgetreten ist, etwa Mukoviszidose oder erblicher Brustkrebs.

Recht auf Nichtwissen

„Wer die Anlage für Mukoviszidose trägt, wird mit einer Wahrscheinlichkeit von vier Prozent einen Partner treffen, der auch diese Anlage hat. Bei gemeinsamen Kindern könnte sich die Krankheit mit 20-mal größerer Wahrscheinlichkeit entwickeln als in der Durchschnittsbevölkerung“, erklärt Schmidtke. Dann kann es sinnvoll sein, über seine Risiken Bescheid zu wissen. Trotzdem überlässt der Mediziner die Entscheidung über einen Gentest grundsätzlich den Betroffenen und ihren Familien. „Zu einem Gentest gehört oft auch eine ausführliche Beratung über die Krankheit, mögliche Therapien und Konsequenzen“, sagt er. „Ein Gentest ohne Beratung kann dagegen kontraproduktiv sein.“