Unter Chromosomenkartierung versteht man die Zuordnung von Genen zu bestimmten Stellen auf einem Chromosom. Eine Genkarte erfüllt viele wichtige Funktionen und ist vergleichbar mit dem Verständnis der grundlegenden menschlichen Anatomie, das Ärzten die Diagnose von Krankheiten ermöglicht. Ein Arzt muss wissen, wo sich jedes Organ befindet und welche Funktion es hat, um Krankheiten zu verstehen. Eine Karte des menschlichen Genoms ermöglicht es den Wissenschaftlern zu verstehen, wo sich die Gene befinden, so dass ihre Funktion innerhalb des menschlichen Genoms geklärt werden kann. Eine detaillierte Chromosomenkarte bietet auch Methoden, um zu untersuchen, wie Gene segregiert werden und wie genetische Heterogenität (Variation zwischen einem bestimmten mütterlicherseits vererbten Gen und dem gleichen Gen mit einer leicht abweichenden Sequenz, das väterlicherseits vererbt wird) zur Identifizierung von Krankheitsgenen beitragen kann. Die Genkartierung kann Klinikern nützliche Informationen über Gene liefern, die miteinander verbunden sind oder eng zusammen segregieren.
Wissenschaftler verwenden verschiedene Methoden, um Gene an den richtigen Stellen zu kartieren. Zu diesen Methoden gehören Familienstudien, somatische zellgenetische Methoden, zytogenetische Techniken und Gendosierungsstudien. Mit Hilfe von Familienstudien lässt sich feststellen, ob zwei verschiedene Gene auf einem Chromosom eng miteinander verbunden sind. Wenn diese Gene miteinander verbunden sind, bedeutet dies, dass sie auf demselben Chromosom eng beieinander liegen. Darüber hinaus wird die Häufigkeit, mit der die Gene miteinander verbunden sind, durch Rekombinationsereignisse (Überkreuzung der Chromosomen während der Meiose) zwischen bekannten Stellen oder Markern bestimmt und bestimmt die lineare Ordnung oder den genetischen Abstand. Bei somatischen zellgenetischen Methoden gehen Chromosomen aus einem bestimmten Zelltyp verloren, und das verbleibende Chromosom, das ein Gen, nicht aber ein anderes Gen enthält, lässt vermuten, dass sie sich auf verschiedenen Chromosomen befinden. Mit dieser Methode können Wissenschaftler feststellen, auf welchem Chromosom sich das Gen befindet, und sie ist eine der ersten von Wissenschaftlern verwendeten Kartierungsmethoden.
Zytogenetische Techniken beziehen sich auf die Verwendung von Karyotyp-Präparaten, einer Technik, die es Wissenschaftlern ermöglicht, Chromosomen sichtbar zu machen, wobei Fluoreszenz verwendet wird, so dass ein fluoreszierend markiertes Gen zeigt, wo sich das Gen auf dem Chromosom befindet. Bei den Gendosierungsstudien werden beispielsweise numerische Anomalien verwendet, um indirekt die Position des Gens auf einem Chromosom zu bestimmen. Beim Down-Syndrom kann das Chromosom 21 dreifach vorhanden sein (Trisomie 21), was zu drei Kopien des Gens und damit zu einer dreifachen Menge an Proteinen führt. In diesem Fall kann ein Gen auf Chromosom 21 lokalisiert werden, wenn in einer Zelle mit drei 21er Chromosomen dreimal so viel Protein vorhanden ist. Bei dieser Methode wird davon ausgegangen, dass die Menge der Desoxyribonukleinsäure (DNS) direkt proportional zur Menge des Proteins ist.
Mit Hilfe dieser Methoden können verschiedene Chromosomenkarten erstellt werden. Diese Karten werden als zytogenetische Karten, Kopplungskarten, physikalische Karten oder DNA-Sequenzkarten bezeichnet. Eine zytogenetische Karte verwendet Banden, die durch einen Farbstoff erzeugt werden, der die Chromosomen in einem Karyotop anfärbt, und ordnet diesen Banden Gene zu. Eine Kopplungskarte, auch als genetische Karte bezeichnet, ordnet die Gene entlang des DNA-Strangs auf der Grundlage der Rekombinationshäufigkeit an. Beim Linkage Mapping werden zwei Merkmale (und damit die dafür verantwortlichen Gene), die beide bei einem Elternteil vorhanden sind, mit der Häufigkeit ihres gemeinsamen Auftretens bei den Nachkommen kombiniert, um die Karte zu erstellen. Der in Mähren geborene Augustinermönch und Lehrer der Naturwissenschaften Gregor Johann Mendel (1823-1884) untersuchte beispielsweise die Blütenfarbe und Pflanzenhöhe von Erbsen. Er stellte fest, dass unterschiedliche Höhen bei weißen Blüten ebenso häufig beobachtet wurden wie bei anderen farbigen Blüten und dass Zwergpflanzen bei beiden Blütentypen ebenso häufig vorkamen. Mendel schloss daraus, dass die Formen der beiden Gene unabhängig voneinander von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben werden. Dies wurde später als das Gesetz des unabhängigen Sortiments bekannt, ein Konzept, das die Techniken der Chromosomenkartierung verbesserte. Eine physische Karte ordnet Gene oder Marker entlang des DNA-Strangs eines Chromosoms an. Eine aneinandergereihte DNA-Sequenz schließlich ist die genaueste Art von Karte, da sie sowohl kodierende (genhaltige) als auch nicht kodierende DNA enthält. Man geht davon aus, dass die Gewinnung der vollständigen DNA-Sequenz aus dem Genom vieler verschiedener Organismen den Wissenschaftlern wichtige Informationen liefern wird, die viele biologische Geheimnisse entschlüsseln werden.
Siehe auch Chromosomenanomalien; DNA-Technologie; Humanes Genomprojekt.
Ressourcen
Bücher
Friedman, J., F. Dill, M. Hayden, und B. McGillivray. Genetics. Maryland: Williams & Wilkins, 1996.
Wilson, G.N. Clinical Genetics: A Short Course. New York: Wiley-Liss, Inc. 2000.
Sonstiges
Das nationale Gesundheitsmuseum. <http://www.accessexcellence.org/ab/bc/gregor_mendel.html>. (28. Oktober 2002).
Brian Cobb
KEY TERMS
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Genetische Kopplungskarte
-Genetische Karten, die anhand von Daten über die Häufigkeit des Auftretens genetischer Marker erstellt werden. Insbesondere, wie solche Marker vererbt werden.
Physikalische genetische Karte
Eine genetische Karte basiert auf den tatsächlichen Abständen zwischen den Genen auf einem Chromosom. Contigs sind physische Karten, die auf Sammlungen von sich überlappenden DNA-Fragmenten basieren.