Stille Mutationen sind lauter als gedacht

genetischer Code

Genetischer Code: Jeweils drei Bausteine der RNA lassen sich in eine Aminosäure übersetzen.

Die Vorstellung von Müll-DNA ist nicht der einzige Irrglaube, dem wir bei der Entschlüsselung des Genoms bisher verfallen sind. Schauen wir uns jetzt mal die Gene an, die wirklich in Proteine übersetzt werden. Dafür werden jeweils drei Nukleotide der RNA (ein sogenanntes Codon) in eine Aminosäure übersetzt. Das Wörterbuch “RNA —> Protein” bezeichnet man als genetischen Code. Von den 43 = 64 möglichen Codons, werden 61 in 20 unterschiedliche Aminosäuren übersetzt; die restlichen drei sind sogenannte Stopcodons, die die Herstellung des Proteins beenden. 61 mögliche Codons und nur 20 Aminosäuren? Ja, es gibt nämlich unterschiedliche Codons, die in die gleiche Aminosäure übersetzt werden. Synonyme könnte man sagen, Wörter mit der selben Bedeutung. Oft unterscheiden sich die Codons für eine Aminosäure nur im letzten Buchstaben. Zum Beispiel wird sowohl CCU, CCG, CCA und CCC in die Aminosäure Prolin übersetzt.

Was bedeutet diese Redundanz im genetischen Code? Wenn zum Beispiel im Prolin Codon an der dritten Stelle eine Mutation auftritt, und ein Nukleotid durch ein anderes ersetzt wird, dann hat das keine Auswirkung — es kommt wieder Prolin dabei heraus. Man spricht von einer stillen Mutation. Wenn solche Mutationen keine Auswirkungen haben, dann sollten die synonymen Codons auch keinem Selektionsdruck unterliegen und somit überall gleichverteilt vorkommen. Also in allen Lebewesen sollten von allen Prolin Codons ungefähr ein Viertel CCU sein, ein Viertel CCG und so weiter. Genau das tun sie aber nicht. Die Verteilung der synonymen Codons ist völlig unregelmäßig. Und dazu noch unterschiedlich zwischen verschiedenen Lebewesen, aber auch innerhalb einzelner Gene.

Die Gründe dafür fängt man erst langsam an zu verstehen. Zum Beispiel spielt die Verteilung eine Rolle dafür, wie schnell ein Protein hergestellt werden kann. Kommt innerhalb eines Gens immer das gleiche Codon für eine bestimmte Aminosäure vor, lässt sich das Protein schneller herstellen. Durch ein eher untypisches Codon lässt sich wiederum eine Pause in der Herstellung des Proteins erzwingen, die eventuell nötig ist, damit sich das Protein richtig faltet. Zwei Proteine, die man gemeinsam für eine bestimmte Aufgabe im Körper benötigt, haben häufig eine ähnliche Verteilung der Codons. Man entdeckt immer mehr regulatorische Prozesse, in denen die Verteilung dieser Codons eine Rolle spielt. Die “stille Mutation” ist also nicht ganz so still, wie man anfangs dachte. Auch hier passt die Analogie zur Sprache wieder schön: synonyme Codons sind Wörter, die auf den ersten Blick das gleiche bedeuten, sich im Subtext aber vielleicht doch unterscheiden.

Das sind nur zwei Beispiele für Irrglauben, die uns zeigen, dass wir unser Wissen immer auch anzweifeln sollten und wir noch viel zu lernen haben. In Bezug auf CRISPR/Cas kann ich eigentlich nur mein Fazit aus dem letzten Beitrag wiederholen: Man sollte bei dieser Technologie vielleicht nicht als erstes daran denken, in unserem Erbgut herumzuschustern und in die menschliche Keimbahn einzugreifen. Stattdessen sollten wir es als Chance wahrnehmen, die Sprache unserer Gene besser verstehen zu lernen.

1 / 2

Kommentare (15)

  1. #1 tomtoo
    30. September 2016

    Vielen Dank , gefällt mir sehr gut.
    Eine Frage:
    Wenn gesagt wird die Dna von Maus und Mensch ähnelt sich zu naja 90% (zahl einfach herausgegriffen) bezieht sich das auf kodierende oder auch auf nicht kodierende Dna?

  2. #2 Johann
    30. September 2016

    @tomtoo:
    meines WIssens nach bezieht es sich auf die Gene und deren Anzahl, somit auf den codierenden Bereich. Beide besitzen rund 30.000 Gene und 99% der Maus finden sich im Menschen wieder.

  3. #3 Franziska Hufsky
    30. September 2016

    @tomtoo & Johann:
    Ich würde da jetzt so pauschal keine Antwort darauf geben wollen. Eigentlich sollte immer dazu gesagt werden, worauf es sich bezieht. Dass das sonst zu unschönen Verwirrungen führt, seht ihr auch hier: http://blog.drwile.com/?p=697

  4. #4 roel
    *******
    30. September 2016

    @Franziska Hufsky Super interessanter Beitrag. Ich denke auch, dass CRISPR/Cas9 sicher eine tolle Chance ist, aber noch sehr viel Grundlagenforschung nötig ist. Ich hoffe die Grundlagenforschung wird vor dem großen Einsatz dieser neuen Technologie betrieben.

    @tomtoo und @Johann “naja 90%” bzw. 99%

    Ich habe das kurz recherchiert. Es sind verschiedene Angaben zu finden, siehe auch den Link in #3 . Eine meines Erachtens nach seriöse Aussage findet ihr hier:

    http://www.der-querschnitt.de/archive/23881

    “Heute geht man davon aus, dass sich Mensch und Maus ca. 70 % der proteinkodierenden Gene (DNA-Sequenzen, die den Code für die wichtigsten Akteure im Zellgeschehen enthalten) teilen. Allerdings stellen diese Gene gerade mal ca. 1,5 % des gesamten Erbguts beider Organismen. Was also ist mit dem Rest?

    Projekt Mouse ENCODE

    Diese Zusammenhänge untersuchte das 2007 ins Leben gerufene Mouse ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) Project, mit dem Ziel herauszufinden, wieso so viele medizinische Erkenntnisse und für den Menschen wirksame Therapien Versuchen an Mäusen zu verdanken sind, es auf der anderen Seite aber auch unzählige Wirkstoffe und Verfahren gibt, die im Mausmodel Grund zur Hoffnung gaben, beim Menschen aber keine Wirksamkeit zeigen. Hierzu entschlüsselte das Team erstmals die Kontrollzentren der Genregulation von Mäusen, und diese scheint sich bei Mensch und Maus grundlegend zu unterscheiden.

    Abschnitte im Genom, die bei Menschen und Nagern voneinander abweichen, jedoch lange Zeit als funktionslos galten, haben sich als wichtige Kontrollzentren der Genaktivität erwiesen. Sie beeinflussen maßgeblich, welche der proteinkodierenden Gene wann aktiv sind. Hier könnte auch die Erklärung dafür liegen, dass der Mäuseorganismus in Experimenten selbst dann manchmal anders reagiert, wenn die betroffenen Gene bei Maus und Mensch identisch sind.”

  5. #5 Dr. Webbaer
    30. September 2016

    Das Humangenom ist erfasst, ‘entschlüsselt’ meint eigentlich die Möglichkeit nützliche Erkenntnis zu gewinnen, oder?
    Ansonsten ist der Informationsgehalt der DNA so groß, dass, wie im WebLog-Artikel beschrieben, womöglich, aber auch mit Vorsicht, an den Reis oder die Kartoffel herangegangen werden darf, weniger aber an das tierische Leben und womöglich gar nicht an das erkennende Leben.

    MFG, vielen Dank für Ihre Nachricht und schönes Wochenende noch!
    Dr. Webbaer

  6. #6 rolak
    30. September 2016

    Mich würde mal interessieren, wer damals ‘entschlüsseln’ ins verbale Spiel gebracht hat, ging es doch beim human genome project um das schlichte (wenn auch technisch (damals) ungemein aufwendige) Abschreiben des Genoms, also bestenfalls um das Entziffern,
    Vielleicht ist das aber auch schon die Lösung, liegen doch im semantischen Spann des englischen ‘decipher’ beide Bedeutungen…

    Abgesehen davon sind Artikel wie dieser, über die Ungenauigkeit gewesener Modelle und deren stetige Verbesserung, ein wesentliches KommunikationsElement, zeigen sie doch unausweichlich den krassen Unterschied zwischen ergebnisoffener Forschung und die ewige Wahrheit zu wissen sich wähnenden Glauben.

  7. #7 Dr. Webbaer
    30. September 2016

    @ rolak :

    Der Name ‘Craig Venter’ darf hier genannt werden, er ist Unternehmer und Marketing, sozusagen nacktes Marketing mag stattgefunden haben.

    Erfassung, bei Craig Venter heißt dies ‘Sequenzierung’. [1]

    MFG
    Dr. Webbaer

    [1]
    Die Erfassung von Daten erfolgt sozusagen zwingend in der Sequenz, dies ist sozusagen das Wesen derartiger Erfassung.

    PS:
    Der zweite Absatz Ihrer Nachricht blieb hier weitgehend unverstanden, macht abär nichts, oder?

  8. #8 Markus Termin
    30. September 2016

    Vielen Dank für diesen brillanten Post! Ist es Zufall, dass die “Grafik des genetischen Codes” wie ein Horoskop aussieht 🙂 … ?

  9. #9 Dr. Webbaer
    1. Oktober 2016

    Bonus-Kommentar hierzu :

    “Ich weiß, dass ich nicht weiß” […]
    Das sind nur zwei Beispiele für Irrglauben, die uns zeigen, dass wir unser Wissen immer auch anzweifeln sollten und wir noch viel zu lernen haben.

    Sokrates hat ganz streng genommen nie gesagt, dass er weiß, dass er nichts weiß, sondern das (absolute, losgelöste) Wissen an sich in Frage gestellt – und versucht dieses durch die Unternehmung des Erkennens zu ersetzen.
    Das Erkennen (“Scientia”) als Handlungsimperativ herausstellend, die Ratio meinend, das Sapere Aude (Kant) wirkt hier vorweggenommen.

    Insofern ist die Scientia die Art und Weise, wie erkennende Subjekte Gegenstände und Gegenstandsbezüge pflegen, auch sogenannte Theorien (“Sichten”) meinend, und insofern ist ein soziales Unternehmen gemeint.

    Scientia, oft auch ein wenig täuschend Wissen genannt, ist insofern Erkenntnis, die in “n:m”-Beziehungen (der Informatiker weiß hier Bescheid) gepflegt werden, nämlich zwischen erkennendem Subjekt und Gegenstand (oder dbzgl. Bezüge meinend).


    Hmm, Opi Webbaer hat hier ein wenig ausgebaut, abär nicht ohne Not, denn die Bearbeitung von Gendatenhaltung ist ein “heißes Eisen”, das der Schreiber dieser Zeilen, ein kleines chapeau an dieser Stelle, bei der werten hiesigen Inhaltegeberin in guten Händen zu glauben weiß oder meint.

    MFG + schönes Wochenende noch!
    Dr. Webbaer

    • #10 Franziska Hufsky
      5. Oktober 2016

      Da habe ich mich wohl zu sehr auf Wikipedia verlassen:
      “Wörtlich übersetzt heißt der Spruch „Ich weiß als Nicht-Wissender“ bzw. „Ich weiß, dass ich nicht weiß“. Das ergänzende „-s“ an „nicht“ ist ein Übersetzungsfehler,…”

      Das ergänzende “s” habe ich extra weggelassen 😀

  10. #11 Dr. Webbaer
    1. Oktober 2016

    *
    gepflegt [wird]

  11. #12 tomtoo
    2. Oktober 2016

    Das ist so etwas was ich absolut noch nicht verstehe.
    Man geht doch davon aus, also so allgemein, dass die Natur hochoptimierte Systeme liefert. Und ausgerechnet im aller Innersten soll sie einen Riesenteil Schrott mit sich herumschleppen ?
    Dass ist kompliziert 🙁

  12. #13 Laie
    5. Oktober 2016

    Danke für den informativen Artikel!

  13. #14 Julian
    14. Oktober 2016

    Ich bedanke mich ebenfalls für den interessanten Artikel.

  14. #15 Julian
    14. Oktober 2016

    Danke!