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Genmutation
Eine Genmutation ist eine Veränderung des Erbgutes (Mutation) in nur einem Gen. Hat sie schädliche Auswirkungen auf den Organismus, wird sie auch als …
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Begriff und Bedeutung
Eine Genmutation ist eine Veränderung des Erbgutes in nur einem Gen. Sind größere Abschnitte eines Chromosoms betroffen, handelt es sich dagegen um eine strukturelle Chromosomenaberration und nicht um eine Genmutation. Hat eine Genmutation schädliche Auswirkungen auf den Organismus, wird sie auch als Gendefekt bezeichnet.
Eine Genmutation kann unterschiedlich große Bereiche eines Gens betreffen. Bereits die Veränderung, Entfernung oder Hinzufügung einer einzigen DNA-Base gilt als Genmutation. Die Veränderung einer einzelnen Base wird Punktmutation genannt. Genmutationen sind die häufigste und wichtigste Art von Mutationen. Sie treten zufällig auf und entstehen entweder durch eine fehlerhafte Replikation der DNA oder dadurch, dass ein Mutagen einen Basenaustausch im Erbgut verursacht.
Meist haben Genmutationen eine rezessive Wirkung. Für den Träger können sie ohne erkennbare Auswirkungen bleiben, nachteilig oder manchmal tödlich (letal) sein. In manchen Fällen sind sie auch vorteilhaft. Nach ihrem Auftreten unterscheidet man gametische und somatische Genmutationen. Außerdem werden Punktmutationen durch Substitution, Deletionsmutationen durch Deletion, Insertionsmutationen durch Insertion und Duplikationsmutationen durch Duplikation unterschieden. Eine Inversionsmutation wird ebenfalls genannt, aber in der Regel als Chromosomenmutation betrachtet.
Substitution und ihre Auswirkungen
Bei einer Substitution wird eine einzelne Base gegen eine andere ausgetauscht. Eine Transition ist der Austausch einer Purinbase gegen eine andere Purinbase oder einer Pyrimidinbase gegen eine andere Pyrimidinbase. Bei einer Transversion wird eine Purinbase gegen eine Pyrimidinbase ausgetauscht oder umgekehrt.
Die Folgen einer Punktmutation durch Substitution hängen davon ab, wie sich das entstehende Codon, also eine Dreiergruppe von Basen mit der Information für eine Aminosäure, verändert:
- Bei einer missense-Mutation codiert das neue Codon für eine andere Aminosäure.
- Bei einer nonsense-Mutation codiert das neue Codon für keine Aminosäure. Es kann als Stopcodon wirken oder in Introns ein fehlerhaftes Spleißen bewirken.
- Bei einer stummen oder stillen Mutation codiert das neue Codon für dieselbe Aminosäure wie zuvor. Das ist möglich, weil viele Aminosäuren mehrere Codierungsmöglichkeiten besitzen.
- Bei einer neutralen Mutation codiert das neue Codon zwar für eine andere Aminosäure, diese ist der ursprünglichen chemisch jedoch sehr ähnlich. Dadurch kann die Wirkungsweise des gebildeten Proteins unter Umständen unbeeinträchtigt bleiben.
Als Beispiel wird eine Transversion von C→A genannt: Aus dem Codon CUU entsteht AUU. Dadurch wird statt Leucin die chemisch ähnliche Aminosäure Isoleucin codiert.
Deletion, Insertion und Duplikation
Eine Deletion ist der Verlust einer oder mehrerer Basen. Sie kann eine Verschiebung des Leserasters verursachen; diese wird Frameshift genannt. Bei einer out of frame-Deletion wird das Leseraster verschoben. Dadurch entsteht ab der Deletionsstelle ein verändertes Protein. Bei einer in frame-Deletion bleibt das Leseraster erhalten; das Protein enthält dann weniger Aminosäuren und ist verändert.
Das Leseraster bleibt erhalten, wenn die Zahl der gelöschten Basenpaare durch drei teilbar ist. Werden beispielsweise sechs Basenpaare hintereinander entfernt, fehlen im Protein zwei Aminosäuren, während das Leseraster erhalten bleibt. Das Protein kann dadurch defekt sein, muss es aber nicht.
Bei einer Insertion oder Addition werden Sequenzen in die DNA eingebaut. Auch dieser Vorgang kann einen Frameshift verursachen, sofern nicht Tripletts, also Dreiergruppen von Basen, eingefügt werden.
Duplikationen, auch Genduplikationen genannt, sind Verdopplungen von DNA-Abschnitten. Sie können bei einer Chromosomenmutation beispielsweise durch ungleiches Crossing-over zwischen homologen Chromosomen oder zwischen Schwesterchromatiden entstehen. Man unterscheidet partielle oder teilweise Genduplikationen, zu denen auch Mikroduplikationen wie das Mikroduplikationssyndrom 17p11.2 gehören, und vollständige Genduplikationen.
Beispiele und ethische Fragen
Ein bekanntes Beispiel für eine Genmutation ist die Sichelzellanämie. Betroffene bilden ein abnormes Hämoglobin. Die veränderten roten Blutkörperchen werden von Leukozyten aufgelöst, wodurch Blutarmut entsteht.
Bei homozygoten, also reinerbigen Betroffenen tritt eine schwere Blutarmut mit Todesfolge auf; sie zeugen zumeist keine fertilen Nachkommen. Heterozygote, also mischerbige Betroffene, sind malariaresistent. Ihre roten Blutkörperchen werden nur in großer Höhe angegriffen. Weitere im Artikel genannte Beispiele sind Rot-Grün-Blindheit und Bluterkrankheit.
Kontrovers diskutiert wird international, ob erblich bedingte Genmutationen durch eine Kombination aus künstlicher Befruchtung und Pränataldiagnostik vermieden werden dürfen. Antidiskriminierungsgesetze schützen meist nur bereits geborene Personen. Für Embryonen entsteht dadurch eine rechtliche und ethische Grauzone, die der Medizinethik beziehungsweise der genetischen Diskriminierung zugeordnet wird.
