Modul 2: TAT AGA CAG? –
Das Alphabet des Lebens lesen lernen
Modul 2 spannt den Bogen von der klassischen Genetik zur krankheitsorientierten Genomforschung des Nationalen
Genomforschungsnetzes (NGFN). Im Mittelpunkt steht dabei die dynamische Entwicklung der Genomforschung und das
internationale Humangenomprojekt (HGP), in Deutschland vertreten durch das Deutsche Humangenomprojekt (DHGP).
Lernen Sie mit Ihren Schülern die grundlegenden Techniken kennen, welche diese „Mondfahrt der Biologie“ erst
möglich gemacht haben und auch, wie das Vorhaben unser Bild vom Genom revolutioniert hat. Eine Zeitleiste mit
den
„Meilensteinen der Genetik“
bringt die wichtigsten Ereignisse und Arbeiten zwischen 1990 und 2006 in die richtige Reihenfolge.
In Modul 1 haben die Schüler den Aufbau der DNA kennengelernt, jetzt lernen sie, wie man an die Information der
DNA gelangt. Sie erhalten in Modul 2 Einblicke in die Komplexität des HGP und werden sich der Größenordnung und
des Datenumfangs dieses Vorhabens bewusst. Gleichzeitig verstehen die Schüler die Notwendigkeit zur
internationalen und interdisziplinären Kooperation zwischen Forschern und den Einsatz von Hochdurchsatzverfahren.
Begonnen wird die Entzifferung des Genoms mit einer Rückblende: Mit seinen wegweisenden Arbeiten an Taufliegen
war Thomas Hunt Morgan 1908 der Pionier auf dem Gebiet der Genkartierung. Wenn Genomforscher heute Genkarten
herstellen, tun sie im Prinzip das Gleiche wie Morgan vor einhundert Jahren – allerdings mit molekularen Markern
wie SNPs oder Mikrosatelliten anstatt mit sichtbaren Mutationen
(Arbeitsblatt 1 „A hinter B, in der Nähe von C: Kartierung weist Genen eine Adresse zu“).
Mitte der achtziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts war die Zeit dann endlich reif für ein Vorhaben, das in
der Biologie beispiellos war: die komplette Sequenzierung des menschlichen Genoms. Techniken wie die
Polymerasekettenreaktion (PCR), Klonierung und zuverlässige Sequenziermethoden zur Bestimmung der Basenfolgen
von DNA ließen das Vorhaben durchführbar erscheinen. Dass sich daraus ein spannender Wettkampf zwischen
öffentlich geförderten und privat finanzierten Forschern entwickeln würde, ahnte damals noch niemand
(Arbeitsblatt 2 „Wenn die Welt an einem Strang zieht: Das Humangenomprojekt [HGP]“).
Zu den Themen PCR und Sequenzierung finden Sie auf dieser CD-ROM neben den Arbeitsblättern auch zwei Foliensätze,
die Sie mit dem Programm PowerPoint betrachten können. Sie wurden vom Gläsernen Labor in Berlin-Buch zur Verfügung gestellt.
Die Folien zur PCR veranschaulichen die verschiedenen Schritte, die zur maschinellen DNA-Vermehrung notwendig sind
(Präsentation zur PCR).
Der Foliensatz zur Sequenzierung zeigt die Arbeitsschritte des Kettenabbruchverfahrens nach Sanger. Die letzte
Folie präsentiert den Ausdruck einer Sequenziermaschine, aus dem die Basenfolge des bearbeiteten DNA-Abschnitts
abgelesen werden kann
(Präsentation zur Sequenzierung).
Mit der schnellen und genauen Sequenzierung von Chromosom 21 konnten deutsche Forscher einen Etappensieg im HGP
erzielen: Chromosom 21 war das zweite menschliche Chromosom überhaupt, dessen Basenfolge komplett bekannt war.
Im Rahmen des Deutschen Humangenomprojekts (DHGP) wurde zudem Grundlagenforschung mit Modellorganismen betrieben,
eine für die Aufklärung von genetischen Krankheitsursachen unerlässliche Vorarbeit
(Arbeitsblatt 3 „Von der
Basensequenz zur molekularen Medizin: Das Deutsche Humangenomprojekt [DHGP]“).
Die Ergebnisse des Genomprojekts revolutionierten die Vorstellungen über den Aufbau des Genoms – und änderten
auch das Selbstbild des Menschen: Die Zahl der gefundenen menschlichen Gene war zum Beispiel sehr viel geringer
als gedacht, weite Bereiche des Genoms wurden als funktionsloser Abfall (Junk-DNA) betrachtet. Für Ewigkeiten in
Stein gemeißelt waren diese neuen Ansichten jedoch nicht: Die Genomforschung ist ein dynamisches Forschungsfeld,
das jederzeit mit neuen, bahnbrechenden Erkenntnissen überraschen kann: Der DNA-Müll ist doch nicht sinnlos, wie
man inzwischen weiß. Und Menschen unterscheiden sich auch stärker voneinander als gedacht, allerdings anders als
ursprünglich vermutet
(Arbeitsblatt 4 „Beständiger Wandel: Neue Erkenntnisse revolutionieren das Bild vom Genom“).
Mit der Möglichkeit, das gesamte Genom eines Menschen einer genetischen Analyse zu unterziehen, bieten sich neue Chancen
für die Prävention, Diagnose und Therapie von Krankheiten. Gleichzeitig bergen diese neuen Technologien auch ethische Probleme.
Die Genomforschung wirkt sich auf diese Weise auf den Alltag eines jeden aus. Institutionen der Bioethik wie das Deutsche
Referenzzentrum für Ethik in den Biowissenschaften (DRZE) und der Deutsche Ethikrat helfen bei der Auseinandersetzung mit
diesen bioethischen Problemen
(Arbeitsblatt 5 „Der lange Arm der Gene: Ethische Probleme der Genomforschung“).
Anders als bei den übrigen Arbeitsblättern wurde bei diesem Thema bewusst auf ein Lösungsblatt verzichtet, denn
DIE richtige Antwort gibt es hier nicht. Die Schüler sollen vielmehr dazu angeleitet werden, sich mit ethischen
Fragestellungen zu beschäftigen und zu diskutieren. Weitere Texte, die Sie ohne zusätzliche Bearbeitung als
Lehrmaterial und Diskussionsgrundlage verwenden können, finden Sie auf den Internetseiten des vom NGFN
geförderten Portals „Gesundheit und Genetik“
(http://www.genetik-gesundheit.de).
Unter der Überschrift Ethik und Genetik finden Sie Artikel mit den Themen
Selbstbestimmung,
Genetischer Exzeptionalismus,
Genetische Diskriminierung
sowie
Genetik und Gerechtigkeit.
Unter
Links für weiterführende Recherchen finden Sie zudem Hinweise zu weiteren Internetangeboten mit Inhalten
zur Bioethik, beispielsweise zum Deutschen Referenzzentrum für Ethik in den Biowissenschaften (DRZE) und zum Nationalen Ethikrat, der 2007 durch den Deutschen Ethikrat abgelöst wurde.
Welche Erfolge Wissenschaftler bei der Identifizierung von Genen, die mit Krankheiten in Verbindung gebracht
werden, bereits erzielt haben, zeigen die Arbeiten des NGFN. Die zielgerichtete Suche nach Genen für Allergien,
Epilepsie, Parkinson oder Alkoholsucht ist nur durch ein abgestimmtes Zusammenspiel von Experten aus
unterschiedlichen Fachrichtungen möglich. Das NGFN bringt hierzu Biologen, Chemiker, Ingenieure, Informatiker
und Mediziner an einen Tisch
(Arbeitsblatt 6 „Ursachenforschung mit System: Das Nationale Genomforschungsnetz [NGFN]“).
Verfolgen Sie mit Ihren Schülern den Weg der modernen Genomforschung. Eine Übersicht über die Materialien von Modul 2
finden Sie hier: