Mutationen unseres Genoms
Mutationen der eigenen Erbinformationen können folgenreiche Konsequenzen für den Organismus haben. Dabei gilt es streng zwischen „Normabweichungen“ zu unterscheiden, die an die nächste Generation weitergegeben werden können und solchen, die lediglich in einer bzw. mehreren ausgewählten Zellen existieren. In der Genetik differenziert man zwischen „Keimbahnmutationen“ und „somatischen Mutationen“.
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Mutationen in den Keimzellen können weitergegeben werden
Ob eine Mutation des Genoms an eine andere Generation weitergegeben werden kann, hängt in erster Linie von den betroffenen Zellarten ab. Für eine Weitergabe an die eigenen Kinder benötigt es eine Mutation von Erbinformation in unseren Keimzellen (Eizelle und Spermium). Tritt eine Mutation in einer schlichten Körperzelle auf, zum Beispiel in einer Leberzelle, begrenzen sich die Veränderungen und Folgen auf den betroffenen Organismus. Doch sowohl Keimbahnmutationen und somatische Mutationen verändern das Genom im Detail.
Man unterscheidet drei Arten der DNA-Veränderung
Unsere Genetik kann sich auf unterschiedliche Weise verändern. Man differenziert hierbei fachlich zwischen Genommutationen, Chromosomenmutationen und Genmutationen. Im Rahmen der Genommutationen kann es zu nummerischen Abweichungen der Gesamtzahl der Chromosomen kommen. Üblicherweise verfügt jede Körperzelle über 46 Chromosomen. Betreffend der Genommutationen kann es zu Abweichungen nach oben oder unten kommen. Bei Chromosomenmutationen hingegen drohen größere Strukturveränderungen einzelner Chromosomen. Zuletzt sind Genmutationen kleinste Veränderungen auf einem Chromosom wie etwa die Abweichung individueller Nukleotide bzw. Nukleotidbereiche.
Wir sind nicht Herr aller Mutationen
Leider ist es nicht möglich, sämtliche Ursachen, die zu Mutationen führen, aufzuhalten bzw. zu verhindern. Mutationen, insbesondere in der Keimbahn, sind streng genommen Teil der Evolution und haben im Laufe der Zeit dafür gesorgt, dass das Gesamtkonstrukt Homo sapiens bis in das kleinste Detail funktioniert. Zugleich muss angemerkt werden, dass im Rahmen der Evolution, Mechanismen entstanden sind, die diesen Mutationen und Genveränderungen entscheidend entgegentreten können. Zu diesen „Genomwächtern“ gehören insbesondere Reparaturmechanismen, aber auch andere Vorgänge wie der programmierte Zelltod.
Fehler im Stoffwechsel sorgen für Mutationen
Mit Blick auf die Ursachen von Mutationen fällt auf, dass der Großteil sämtlicher Mutationen im Stoffwechsel der DNA selbst erfolgt. Von einem schlichten Zerfall der DNA-Moleküle über mutagene Chemikalien bis hin zu ionisierender Strahlung oder unerklärbaren Spontanmutationen – die Ursachen sind vielfältig. Mutagene Chemikalien sind oftmals im eigenen Stoffwechsel anfallende reaktive Verbindungen. Exogen können solche genverändernden Substanzen oral durch Inhalation oder Hautkontakt aufgenommen werden.
In der Regel werden die entstehenden Schäden durch unser eigenes System wieder ausgeglichen. Einige dieser Mutationen rutschen allerdings durch – sie entgleiten unseren Abwehrsystemen. Auch das Etablieren neuer Varianten im Genom ist ein normaler Vorgang. Ein Mensch sammelt jährlich ungefähr 14 neue Mutationen in einer Blutstammzelle. Die meisten Mutationen davon sind harmlos. Bis eine Mutation zu relevanten Veränderungen innerhalb einer Zelle führt müssen zahlreiche Faktoren hinzukommen. Dabei spielen insbesondere die Anzahl der Mutationen, die betroffenen Gene und die Arbeitsstärke unserer Abwehrmechanismen eine Rolle.
Die Ursachen für Mutationen variieren sehr stark. Vor allem im eigenen Stoffwechsel anfallende reaktive chemische Verbindungen schaden unserer Genetik.
Mögliche Folgen von Mutationen
Kommt es zu relevanten Mutationen wie beispielsweise einer nummerischen Abweichung des festen Chromosomensatzes, ist eine Zelle in der Regel nicht lebensfähig und wird beseitigt. Spielt sich solch ein Vorgang allerdings in Keimzellen ab, kann es dazu kommen, dass im Rahmen einer späteren Befruchtung anormale Chromosomensätze entstehen (wie z. B. Trisomie 21). Mutationen einzelner Genabschnitte können zu einer Unwirksamkeit dieses Gens und somit dessen Funktion führen.
Problematisch ist es, wenn relevante Mutationen in sog. Protoonkogenen erfolgen. Diese Gene sind in der Lage, bei Veränderung zu einem sog. Onkogen zu „switchen“ und durch fehlerhafte Genprodukte ein Überleben und Wachsen der Zelle im bösartigen Sinne zu fördern. Im schlimmsten Falle entartet die Zelle und es entsteht durch Vermehrung ein Tumor. Darüber hinaus kann es vor allem durch „Loss of function“, also einem Funktionsverlust des Gens, zu spezifischen Krankheitsbildern kommen. Sind einzelne Gene bereits in Keimzellen unbrauchbar, kommt es zu sog. Erberkrankungen, bei denen das Kind mit individuellen Defekten auf die Welt kommt.
Einfluss des Lebensstils
Auch wenn Mutationen natürlich sind, können wir diese durch unseren Lebensstil triggern oder begünstigen. So sollten mutagene Substanzen (wie Schädlingsbekämpfungsmittel) und ionisierende Strahlung (vor allem UV-Licht) vermieden und auf eine ausreichende Hygiene geachtet werden, da insbesondere Infektionen mit diversen Mikroorganismen (wie HPV) mutagene Eigenschaften besitzen. Als einer der wohl bekanntesten Maßnahmen gilt die Aufnahme von Radikalfängern (wie Selen), um im Stoffwechsel entstehende und schädigende freie Radikale zu neutralisieren.
Auf den Punkt gebracht:
- Mutationen des Genoms können an die nächste Generation weitergegeben werden, sofern diese Veränderung auch in Keimzellen erfolgt.
- Man differenziert Genommutationen, Chromosomenmutationen und Genmutationen. Diese Mutationsarten betreffen sowohl Keimzellen als auch „normale“ Zellen.
- Mutationen des Genoms sind „natürlich“ und vorerst kein Problem, da einige Abwehrmechanismen zur Verfügung stehen. Bis hin zu folgenreichen Mutationen, muss eine Vielzahl an solchen Veränderungen in den richtigen Abschnitten der DNA abgelaufen sein. Gerade Mutation sog. Protoonkogenen zu Onkogenen kann Krebs hervorrufen.
- Die Ursachen für Mutationen variieren sehr stark. Vor allem im eigenen Stoffwechsel anfallende reaktive chemische Verbindungen schaden unserer Genetik.
- Jeder kann dafür sorgen, Mutationen entgegenzuwirken: Vermeidung mutagener Stoffe oder Erregern sowie Vorsicht bei UV-Strahlung.
Text-Quellen:
(1) Murken et al., Humangenetik, 9. Auflage, 2017
(2) Nordheim und Knippers, Molekulare Genetik, 11. Auflage, 2018
(3) Munk, Genetik, 2. Auflage, 2017
(4) https://www.dkfz.de/de/presse/veroeffentlichungen/einblick/einblick-archiv/02_2017/5_Gestresste_Stammzellen.html
Bild-Quellen:
