Mutanten kennen wir eher aus Horrorfilmen. Oder Futurama. Oder von X-Men und den Teenage MUTANT Ninja Turtles. Fast immer werden uns Mutanten negativ präsentiert. Entweder sie sind böse, oder aber, sie leiden unter ihrer Mutation.
Aber wir sind alle Mutanten. Der Grund, warum Du heute diesen Blogbeitrag liest, ist ein Resultat unzähliger Mutationen, die aus irgendeiner Urzelle über zig Milliarden Generationen einen Menschen werden ließen. Mutationen sind die Grundlage der Evolution.Struktur der DNA
Unsere Desoxyribonukleinsäure (abgekürzt DNA für Englisch: “deoxyribonucleic acid”), die im Innern unserer Zellen sitzt, besteht aus vier Basen: Guanin, Cytosin, Adenin und Thymin. Basen sind nichts anderes als chemische Stoffe, die einen basischen ph-Wert haben. Diese vier generieren in ihrer Anordnung jedoch den genetischen Code, der wiederum eine Bauanleitung für Proteine ist. Die Basen sind durch Phosphat und Zucker miteinander verbunden. Die Reihenfolge ist entscheidend, denn sie codiert die Information. Wie eine Geheimschrift. Wir vereinfachen diesen Code meistens, indem wir statt Guanin G, statt Cytosin C, statt Adenin A und statt Thymin naja, eben T sagen. Wenn wir also über einen Code reden, der zum Beispiel „GTTACTGGA“ lautet, dann meinen wir genau diese Reihenfolge von Basen auf der DNA.
Die DNA besteht aus zwei Strängen, die miteinander verbunden sind. Ein Strang codiert, ein Strang ist eine Art Spiegelbild für den codierenden Strang. Da über chemische Bindungen Guanin nur mit Cytosin binden kann und Adenin nur mit Thymin, folgt aber auch der nicht codierende Strang einem Muster.
Warum reite ich auf der chemischen Struktur der DNA so herum? Erstens, weil ich vermitteln will, dass unser Leben aus Chemie besteht, zweitens, weil chemische Stoffe reagieren können. DNA ist zwar ein sehr stabiles Konstrukt, aber eben nicht unkaputtbar. Radioaktive Strahlung (die uns immer umgibt), Sonnenstrahlung, chemische Stoffe und vor allem unser Metabolismus selbst setzen unserer DNA sehr zu. Schäden in der DNA können dafür sorgen, dass sich die chemische Struktur der Basen verändert.
Meistens werden diese Schäden repariert, doch auch bei der Reparatur können Fehler passieren. Zum Beispiel wenn der Schaden zu groß ist. Werden die Schäden nicht repariert, kommen bei der nächsten Zellteilung Probleme auf die DNA zu.
Wenn eine Zelle sich teilt, dann muss sich die DNA verdoppeln, damit in jedem Zellkern wieder eine Kopie der DNA liegt. Dies machen Mini-Maschinen in den Zellen: Enzyme namens Polymerase. Stoßen die Maschinen auf eine veränderte Base, kommt es vor, dass sie sie für eine andere Base hält und so falsch kopiert. Außerdem machen die Maschinen auch so beim Kopieren Fehler.
Punktmutationen und Rastermutationen
Gerät – ob durch einen Schaden oder eine falsche Kopie – eine andere Base in den Code als vorgesehen, muss das nichts Schlimmes bedeuten. Bei diesen Punktmutationen kommt es darauf an, wo die Base liegt. Ist sie vielleicht in einem strukturellen Element? Dann ist es vielleicht unwichtig. Aber auch innerhalb der Gene muss diese chemische Veränderung nicht unbedingt Folgen haben. Das kommt auf die Position der Base an und darauf, durch welche sie ausgetauscht wurde. Dies ist ein wichtiges „doppelter Boden“ Prinzip. Da 4 Basen in je 3er-Gruppen für insgesamt 20 Aminosäuren codieren, gibt es deutlich mehr mögliche 3er-Codes als Aminosäuren. Für fast alle Aminosäuren gibt es also mehr als nur einen Code. Außerdem ähneln sich manche Aminosäuren so sehr, dass es vielleicht auch nicht unbedingt zu einer Veränderung kommt. Oder aber, die Aminosäure liegt an einem eher unwichtigen Teil des Proteins.
Schwieriger sind meistens fehlende oder zusätzliche Basen. Sie verändern das 3er-Muster, nach dem die Basen abgelesen werden. So kommt oft nur noch Nonsens heraus. Wir nennen dies Rastermutation.
In unserem Körper, in jedem Tier, jeder Pflanze und sonstigen Lebewesen, können sie überall und jederzeit auftreten. Aber nur, wenn sie in unserer Keimbahn auftreten – also in Sperma- oder Eizellen – setzen sie sich in der nächsten Generation fort.
Manchmal hat man aber Pech und die Mutation wirkt sich negativ aus. Menschen mit einer genetischen Erkrankung haben meistens eine Mutation von einem oder beiden Eltern vererbt bekommen. Hier ist übrigens wieder ein doppelter Boden: Menschen sind diploid. Wir haben schon generell die doppelte Anzahl an Genen von unseren Eltern bekommen, einmal von Mama, einmal von Papa. Fällt ein Gen aus, kann das andere oft übernehmen.
Manchmal wirkt sich die Punktmutation aber auch positiv aus – das sind dann meistens sehr kleine Veränderungen.
CRISPR-Mutationen
Bei CRISPR (die CRISPR-Erklärung findet ihr hier) erzeugen wir entweder Punkt- oder Rastermutationen. Mit Punktmutationen sollen positive Aspekte herbeigeführt werden. Zum Beispiel einen Apfel haltbarer machen oder eine Tomate dürreresistent. Mit Rastermutationen können aber auch unerwünschte Gene ausgeschaltet werden – zum Beispiel ein Gen für eine unvorteilhafte Eigenschaft (Näheres dazu findet ihr hier).
Aber warum züchten wir nicht einfach so wie früher, indem wir Pflanzen miteinander kreuzen oder sie bestrahlen und sie so zur Mutation zwingen? Wieso ist CRISPR so nützlich? Wir Menschen sind diploid – aber in manchen Pflanzen liegen Gene sechsmal, achtmal oder noch öfter vor. Dieselbe Mutation müsste also vielleicht in acht Genen an derselben Stelle passieren. Das ist sehr, sehr unwahrscheinlich. Daher ist die Kreuzungszucht bzw. Mutationszüchtung sehr langwierig und produziert sehr viele “unerwünscht” mutierte Pflanzen.
CRISPR hilft dem Glück nur auf die Sprünge. Die Art der Mutationen bleibt aber gleich – und hätte so auch zufällig geschehen können. Das erlaubt eine schnellere und gezieltere Züchtung neuer Pflanzenarten für eine moderne und nachhaltigere Landwirtschaft.
- Was sind eigentlich Mutationen? - 23. Mai 2019
- CRISPR/Cas – Die Grundlagen - 18. April 2019
Vielleicht darf ich ja ergänzend hierzu auf einen Blog verweisen (www.gentechnik-freund.simplesite.com), der versucht auf einfachste Weise Züchtung mit Mutagenese und Züchtung mit Gentechnik zu vergleichen. Allerdings kommen dabei Grüne und ihre Anhänger nicht gut weg. Die hier bei der „progressiven Agrarwende“ aktiven Grünen stellen sicherlich eine rühmliche Ausnahme dar.
Danke für den Tipp, den Blog sehe ich mir mal an! Grüße