00:00:00: Janika Kiltz Hallo zusammen! Zu Beginn der Folge eine kurze Anmerkung: Wir beziehen uns im Kontext der Vererbung auf das biologische Geschlecht. Wir sprechen der Einfachheit halber aber an manchen Stellen von „Mann“ oder“ Vater“, also Träger von XY-Chromosomen und von „Frau“ und „Mutter“, also Träger von XX-Chromosomen. Das hat aber nichts damit zu tun, ob und welchem Geschlecht man sich selbst zugehörig fühlt. Ja, und jetzt weiter mit der Folge. Ja, dass Kinder ihren biologischen Eltern ähnlich sehen, das haben Menschen schon vor Jahrhunderten festgestellt. Wie genau die Fortpflanzung aber funktioniert, welche Eigenschaften wie weitergegeben werden und vor allem von wem, das wissen wir erst seit vergleichsweise kurzer Zeit. Es gab aber natürlich schon früher viele Ideen, wie Vererbung wohl funktionieren könnte, beispielsweise im antiken Griechenland. Griechische Philosophen haben sich nämlich auch viel mit der Biologie beschäftigt. Philosoph Anaxagoras beispielsweise hat geglaubt, dass nur Männer Erbinformationen weitergeben können. Er war nämlich der Meinung, dass in einem Spermium bereits alles enthalten ist, was ein Kind so für seine Entwicklung braucht. Die Rolle der Frau war es in seiner Vorstellung also bloß, mit ihrer Gebärmutter quasi einen Ort zur Verfügung zu stellen, an dem das Kind dann wachsen kann, also die fruchtbare Erde zu sein, in der der Samen des Mannes keimen kann. Ja, und Hippokrates zum Beispiel glaubte, dass jedes Organ winzige Samen absondert und diese winzigen Organsamen können dann in der Gebärmutter wieder zu richtigen Organen heranwachsen. Anaxagoras und Hippokrates haben aber dem Mann auf jeden Fall die dominante Rolle bei der Fortpflanzung zugewiesen. Aristoteles hingegen sah das ein bisschen anders. Für ihn waren Kinder, ja, korrekterweise, das Produkt von Mann und Frau. Also beide Eltern tragen einen Anteil dazu bei und zwar dachte er, dass das daran liegt, weil sich das Blut von Mann und Frau vermische. Also das Sperma sei quasi ein Blutssekret, das mit dem angeblich in einer Frau angestauten Menstruationsblut reagiere und dabei entstehe dann neues Leben. Ja, also das Konzept der DNA war natürlich noch nicht bekannt. Das heißt für Aristoteles war dementsprechend das Blut der Träger der Erbinformation. Interessanterweise war er auch der Meinung, dass die Windrichtung zum Zeitpunkt der Zeugung das Geschlecht des Kindes beeinflussen könne. Das bestätigt die moderne Genetik so leider nicht. Ja, aber auch in anderen Teilen der Welt gab es interessante Annahmen. Zum Beispiel gab es in Japan einen alten Volksglauben, der sich damit befasst hat, warum manche Kinder eher ihrem Vater und manche Kinder eher ihrer Mutter ähnlich sehen und angeblich liege das daran, welches Elternteil mehr Spaß an der Zeugung gehabt haben soll. Ja, mittlerweile sind diese Annahmen natürlich widerlegt, aber wie funktioniert es denn nun wirklich? Damit beschäftigen wir uns heute im Podcast. Dabei möchten wir uns etwas über den Mönch Mendel und seine Erbsen unterhalten, aber auch darauf zu sprechen kommen, wie ein Kind mit drei Elternteilen geboren wurde und was es mit der sogenannten „mitochondrialen Eva“ so auf sich hat. „Der Code des Lebens“ wird präsentiert von GHGA, dem Deutschen Humangenom-Phänomarchiv. Viel Spaß bei der heutigen Folge „Die Geheimnisse der Vererbung“. Willkommen zum „Code des Lebens“. Jeden Monat erklären Experten und Expertinnen hier spannende Themen innerhalb der Genomforschung. Heute zu Gast im Podcast ist Herr Dr. Thorsten Schmidt. Thorsten ist Forschungsgruppenleiter am Institut für Medizinische Genetik und angewandte Genomik des Universitätsklinikums Tübingen und dort außerdem auch Lehrbeauftragter für das Fach Humangenetik. Ja, wir haben es vorher schon gehört, aber der menschliche Körper war und ist ein Mysterium. Daher gab es natürlich auch einige wilde Ideen, wie das mit der Vererbung funktionieren könnte. Mittlerweile konnten wir ja einen genaueren Blick in das Innere unserer Zellen werfen und sind daher ein kleines bisschen schlauer. Vielleicht fangen wir mal ganz grundsätzlich damit an, wie Vererbung eigentlich funktioniert. Also wie wird denn unsere Erbinformation nun weitergegeben?

00:04:21: Dr. Thorsten Schmidt Also das alles Entscheidende, was man sich erst mal merken muss, ist, dass unsere Erbinformation in Päckchen eingepackt ist und zwar auf unseren Chromosomen. Wir haben insgesamt 46 Chromosomen. Bei den Chromosomen 1 bis 22 haben wir jeweils eine Kopie, die wir von unserem Vater und eine Kopie, die wir von unserer Mutter bekommen haben. Das sind schon mal 44 Chromosomen und dann kommt es darauf an, ob wir ein Mann oder eine Frau sind. Wenn wir ein Mann sind, haben wir ein X- und ein Y-Chromosom und Frauen haben zwei X-Chromosomen. Und auf diesen 46 Chromosomen ist unsere gesamte Erbinformation gespeichert, wobei das nicht so ganz stimmt, aber da kommen wir dann gleich noch drauf.

00:05:07: Janika Kiltz Ja genau, da kommen wir später noch einmal drauf zu sprechen. Ja, also die Chromosomen sind also die Träger unserer Erbinformation. Ja, sie bestehen aus komprimierter DNA und Proteinen und sehen ein bisschen so aus wie der Buchstabe X mit einem kleinen Knubbel in der Mitte, also da, wo es sich die Arme treffen. Ja, und auf jedem dieser Chromosomen liegen Gene, das heißt, sie sind quasi eine kompakte Form unseres genetischen Bauplans. Ja, und wie Thorsten gerade gesagt hat, besitzen wir jedes Chromosom zweimal, daher spricht man auch von Chromosomenpaaren. Ja, und für die Fortpflanzung werden die Chromosomenpaare in den Keimzellen geteilt. Keimzellen sind übrigens einfach Geschlechtszellen, also Eizellen und Spermien. Ja und nach der Teilung haben wir in den Keimzellen dann kleinere Päckchen mit jeweils 23 Chromosomen. Bei der Befruchtung kommen diese Päckchen dann wieder zusammen und am Ende liegt wieder jedes Chromosom doppelt vor. Das heißt, wir haben in der Regel wieder einen vollständigen Chromosomensatz mit 46 Chromosomen. Aber eben nicht immer, weil natürlich, also bei diesem faszinierenden und sehr komplexen Vorgang kommt es eben auch zur Ausnahmen der Regel.

00:06:17: Dr. Thorsten Schmidt In der Zelle gibt es bestimmte Mechanismen, die verhindern sollen, dass mehr als ein Chromosom weitergegeben wird. Aber manchmal funktioniert dieser Mechanismus nicht und manchmal ist es auch so, dass Chromosome miteinander verschmolzen sind. Das nennt man dann eine Translokation, wenn also ein Chromosom auf ein anderes übertragen wurde und die also gemeinsam vererbt werden und das wäre zum Beispiel auch ein Risiko, das eben dort durch eine Trisomie auftritt, dass also einfach ein Chromosom doppelt weitervererbt wird.

00:06:50: Janika Kiltz Okay, ja das heißt bei der Trisomie 21 hat man das 21. Chromosom am Ende dreimal anstelle von zweimal. Von einem Elternteil erhält man es dann nämlich doppelt. Ja, in der Regel haben wir aber, also mit Ausnahme der X- und Y-Chromosomen, jedes unserer Chromosomen zweimal. Doppelte Chromosomen sind aber nicht automatisch identisch. Tatsächlich tragen Chromosomenpaare unterschiedliche Genvarianten auf sich. Wenn wir Kinder kriegen, trägt jedes Elternteil ja einen halben Chromosomensatz zum Genom des Kindes hinzu, also von den Chromosomen 1 bis 22 jeweils ein Chromosom. Das heißt, wenn wir Kinder kriegen, gibt es potenziell pro Chromosom vier verschiedene Möglichkeiten. Also, wenn wir uns zum Beispiel das Chromosom Nummer 3 näher anschauen: Sowohl Vater als auch Mutter besitzen das Chromosom 3 ja jeweils zweimal. Das heißt, es gibt vier mögliche Chromosomen, die das Kind erhalten könnte, von denen aber eben nur zwei weitergegeben werden. Welche Chromosomen und welche Genvarianten vererbt werden, beeinflusst unseren genetischen Bauplan und damit natürlich unser Aussehen und auch unsere Gesundheit. Wie genau das funktioniert, also welche genetischen Merkmale nun wie weitergegeben werden, das war lange Zeit ein Mysterium und ist auch heute noch nicht komplett verstanden. Mit dem Thema Vererbung hat sich ja bekanntermaßen der Abt Gregor Mendel Mitte des 19. Jahrhunderts auseinandergesetzt. Mendel hat über mehrere Jahre Erbsen in seinem Klostergarten beobachtet. Dabei hat er systematisch verschiedene Erbsen gekreuzt und dann notiert, welche Merkmale die nächste Erbsengeneration hatte. Aus seinen Beobachtungen konnten später dann die berühmten drei Mendelschen Regeln abgeleitet werden, also die Uniformitätsregel, die Spaltungsregel und die Unabhängigkeitsregel. Ja, die werden wir jetzt nicht im Einzelnen erläutern, aber Grundlage dieser Regeln ist auf jeden Fall, dass Mendel erkannt hat, dass Erbsen immer eine Erbanlage, also genetische Informationen von der Muttererbse und eine Erbanlage von der Vatererbse erben. Hat eine Erbse zwei purpurne Blütenfarbenanlagen geerbt, ist sie reinerbig purpur. Hat sie von der Muttererbse zum Beispiel eine weiße und von der Vatererbse eine purpurne Anlage bekommen, dann ist sie mischerbig. Und das Besondere ist eben, dass eine mischerbige Erbse an ihre Nachkommen entweder die eine oder eben die andere Erbanlage vererben kann, also purpur oder weiß. Mendel hat dann beobachtet, wie sich diese verschiedenen Erbanlagen auf das Aussehen von Erbsen auswirken und dabei eben interessante Muster entdeckt. Ja, leider starb Mendel, bevor er Anerkennung für seine Entdeckung bekommen konnte. Ja, Thorsten, was genau hat denn der Mendel da eigentlich beobachtet und lassen sich diese Erbsenbeobachtungen auch auf den Menschen übertragen?

00:09:36: Dr. Thorsten Schmidt Er hatte sich Erbsenpflanzen angesehen und dann dort bestimmte Eigenschaften beschrieben. Zum Beispiel, ob die Erbsen jetzt purpurne oder weiße Blätter haben, ob sie schrumplige oder runde Samen haben, ob sie bestimmt verzweigt sind oder nicht. Das sind also solche klassischen Merkmale, die man von außen ganz einfach erkennen kann. Jetzt muss man sagen, solche Merkmale, die jetzt die Eigenschaften oder unser Aussehen betreffen, das ist beim Menschen nicht so einfach, wie das bei Erbsen ist. Das heißt, diese Mendelschen Regeln kann man zum Beispiel nicht jetzt darauf übertragen, ob wir jetzt blonde Haare haben, ob wir dick oder dünn sind, ob wir bestimmtes Aussehen oder bestimmte Eigenschaften haben, die sowieso nicht vererbbar sind, sondern beim Menschen ist das Ganze viel komplexer, als das jetzt bei Mendel mit den Erbsen gewesen ist. Aber dort hat er beobachtet, dass sich bestimmte Eigenschaften übertragen und da müssen wir zwei ganz besondere Begriffe erst einmal klären und zwar der Begriff der „Dominanz“ oder des dominanten Allels und eines rezessiven Allels. Beim Mendel war das zum Beispiel so, er hat festgestellt, dass die purpurne Blütenfarbe über eine weiße Blütenfarbe dominiert. Das heißt also, wenn jetzt in einer Erbse zwei Erbanlagen sind, auch von der väterlichen und der mütterlichen Erbse, und eine Anlage davon ist purpur, dann ist die Blütenfarbe purpur. Das heißt, die Erbanlage für die weiße Blütenfarbe, die ist rezessiv. Und nur, wenn zwei weiße Blütenfarbenanlagen von der väterlichen und der mütterlichen Blüte übertragen werden, dann kommt auch eine weiße Blüte raus. Kann man auch bei Rindern überlegen, jetzt so schwarzbunte und rotbunte Rinder, da ist auch, dass der eine Faktor über dem anderen Faktor dominiert. Solche dominanten oder auch rezessiven Merkmale sind beim Menschen sehr selten, insbesondere was das Aussehen betrifft, gibt es dort keine richtigen Merkmale, die in dieser Form weitergegeben werden.

00:11:53: Janika Kiltz Ja, beim Menschen ist es also etwas komplexer. Das liegt ja auch vor allem daran, dass es bei Menschen oft mehrere verschiedene Gene gibt, die eben gewisse äußerliche Merkmale steuern. Also ja, die Erbse hat ja beispielsweise eine Anlage für purpurne Blüten. Beim Menschen gibt es aber ja nicht einfach ein Gen für blaue Augen. Das war ja auch lange Zeit so ein Trugschluss, also dass blaue Augen einfach rezessiv vererbt werden und braune Augen dominant. Ganz so einfach ist es ja dann leider doch nicht, weil ja, es gibt nicht einfach einen Augenfarben-Gen, wo man jetzt von den Eltern verschiedene Farben erben könnte, die dann wiederum rezessiv oder eben dominant sind. Tatsächlich sind es die Varianten von vielen verschiedenen Genen, bei deren komplexen Zusammenspiel dann blaue Augen entstehen können. Die Rede ist, so von ungefähr 16 Genen, die bewiesenermaßen einen größeren oder auch einen kleineren Einfluss auf die Entwicklung der Augenfarbe und ihrer farblichen Abstufung haben. Ja, tatsächlich kennen wir auch noch gar nicht alle Gene, die unsere Augenfarbe beeinflussen. Ja, es klingt zwar nach etwas, das eigentlich recht schnell herauszufinden ist, aber tatsächlich ist der Vererbungsvorgang der Augenfarbe hochkomplex und wie gesagt auch auf mehrere Gene verteilt.

00:13:05: Dr. Thorsten Schmidt Aber Erkrankungsanlagen, die sind häufig monogenetisch, so nennen wir das, also an einzelnes Gen gebunden und die können dann nach den Mendelschen Regeln vererbt werden.

00:13:19: Janika Kiltz Aha, ja, hättest du denn ein Beispiel für eine monogenetische Erkrankung, also vielleicht auch direkt eine dominante Erkrankung und wie wahrscheinlich ist es denn, so eine Erkrankung weiter zu vererben?

00:13:29: Dr. Thorsten Schmidt Ein Beispiel für eine dominante Erkrankung ist Morbus Huntington oder die Chorea Huntington. Das ist eine Erkrankung, der ein verändertes Gen ausreicht, dass man erkrankt. Das heißt also, wenn jetzt der Vater beispielsweise an dieser Erkrankung leidet und dann Kinder bekommt, dann besteht ein 50%iges Risiko dafür, dass die Kinder dieses dominante, krankmachende Gen erben. Das heißt, es kann entweder das krankmachende Gen an das Kind vererbt werden oder das gesunde Gen, das heißt, man kann es auch andersrum formulieren, 50% der Kinder werden gesund sein, 50% der Kinder werden dieses dominante Allel bekommen und dann in aller Regel auch diese Erkrankung entwickeln. Das heißt, also bei einem dominanten Erbgang ist diese Erkrankung meist in der Familie bekannt. Dass man also weiß, wie gesagt, der Vater ist erkrankt oder der Großvater oder der Onkel hat solch eine Erkrankung und vererbt die dann in der Familie weiter. Diese Situation ist ganz anders bei einem rezessiven Erbgang. Da sind meist die Eltern völlig erschrocken, stellen fest, ich habe ein Kind mit einer Erkrankung und die ist bislang nirgendwo in der Familie vorgekommen, niemand hatte diese Erkrankung gehabt, weil das ein rezessives Allel ist. Das heißt, ich habe dann noch ein gesundes Allel, was im Zweifel dann also ausgleichen kann, dass man nicht krank wird.

00:15:02: Janika Kiltz Das heißt, ich kann ein krankmachendes Gen besitzen, aber es dann gar nicht mal merken?

00:15:08: Dr. Thorsten Schmidt Viele Leute sind Anlageträger für solche rezessiven Erkrankungen, ohne selbst zu erkranken. Und so ist das häufig auch bei Eltern, die ein Kind bekommen, das solch eine rezessive Erkrankung hat. Die haben selbst gar nichts davon gewusst, haben gar nicht gewusst, dass sie selbst Anlageträger für die Erkrankung sind und haben dann ein Kind bekommen und haben unglücklicherweise jeweils das krankmachende Gen an das Kind weitervererbt. Und das Kind hat dann zwei veränderte Gene und dadurch wird es dann krank. Man kann sich das zum Beispiel vorstellen, man kennt die zystische Fibrose oder auch Mukoviszidose genannt. Da ist es so, dass die Erkrankung bei ungefähr einem von 2.000 Personen auftritt, also eigentlich recht selten ist. Aber jeder 25. ist Anlageträger für diese Veränderung. Das heißt also, sehr, sehr viele Menschen wissen gar nichts davon, sind aber Anlageträger für solch ein verändertes Gen. Das wird unter Umständen gar kein Problem machen. Sie werden nie in ihrer Familie, nie bei ihren Kindern eben diese Erkrankung haben. Aber wenn unglücklicherweise zwei Partner zusammentreffen, die beide Anlageträger für diese Erkrankung sind, dann besteht in einem Viertel der Fälle das Risiko dafür, dass sie dann ein Kind mit dieser Erkrankung bekommen.

00:16:31: Janika Kiltz Ja, das klingt wie eine genetische Lotterie. Also je nachdem mit welchem Partner man da zusammengewürfelt wird.

00:16:38: Dr. Thorsten Schmidt Das kann man als Lotterie bezeichnen. Das heißt praktisch, die Eltern wissen nichts davon, dass sie der Anlageträger sind. Man kann da auch bestimmte Risiken ausrechnen, wie wahrscheinlich das jetzt ist, dass man sich also dort als Partner treffen kann und eben solche Anlageträgerschaften hat. Wer aber Anlageträger ist, wenn der Vater Anlageträger für die Erkrankung ist, die Mutter Anlageträgerin für die Erkrankung ist, beide völlig gesund sind, dann haben sie für jedes Kind, das sie bekommen, ein Risiko von 25%, also ein Viertel, dass das Kind solch eine rezessive Erkrankung haben kann.

00:17:19: Janika Kiltz Über solche Krankheitsrisiken können sich Paare bei einer genetischen Sprechstunde informieren. Eine häufige Fragestellung ist zum Beispiel, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine bestimmte Erkrankung auch an das zweite Kind weitervererbt werden könnte. Aber ja, jetzt hatten wir ja ein Beispiel für eine dominante Erkrankung, also Morbus Huntington, und wir hatten auch ein Beispiel für eine rezessive Erkrankung, die Mukoviszidose. Es gibt aber noch weitere Formen der Vererbung. Alle können wir natürlich heute nicht ansprechen, aber wie sieht das denn zum Beispiel mit der sogenannten X-Link-Vererbung aus, also der Vererbung über das X-Chromosom?

00:17:56: Dr. Thorsten Schmidt Die Mukoviszidose ist ein Beispiel für eine rezessive Erkrankung. Wir reden hier von autosomal rezessiv, weil sich das Erkrankungsgen auf einem der Chromosomen befindet, die jetzt nicht unser Geschlecht bestimmen. Das machen ja die X- und die Y-Chromosom. Es gibt aber auch Erkrankungen, bei denen das Gen sich auf diesem X-Chromosom befindet und dann ist es ein bisschen komplizierter, weil es dann nämlich darauf ankommt, ob man denn jetzt ein Mann oder eine Frau ist. Bei Frauen ist es so, die haben ja zwei X-Chromosom, da kann das eine X das kranke X ausgleichen. Bei Männern ist es so, die haben ein X und ein Y-Chromosom, da wirkt sich diese Erkrankung direkt aus, weil sie eben nicht die Chance haben, durch ein anderes X-Chromosom, die genetische Veränderung wieder auszugleichen. Ein klassisches Beispiel dafür ist zum Beispiel die Hämophilie, die Bluterkrankheit. Das ist eine Erkrankung, die besonders deshalb vielleicht bekannt ist, weil sie in europäischen Könighäusern auftritt. Man kann das zu Queen Victoria zurückverfolgen. Das ist dann also in der britischen Königsfamilie und in der russischen Zarenfamilie besonders häufig vorkommt. Und da ist es eine Erkrankung, die insbesondere Männer eben betreffen und deswegen natürlich dann auch bei den Königen oder den Zaren dann möglicherweise genau die Regenten dann betrifft, die dann diese Erkrankung haben. Ein Punkt, den man bei den Königshäusern noch dazu erwähnen kann, solche rezessiven Erkrankungen treten ganz besonders häufig auf bei verwandten Ehen. Und das ist ja gerade das, was jetzt bei den Königshäusern oder beim Adel seinerzeit sehr stark verbreitet war, dass man also innerhalb der Familie geheiratet hatte. Und das führte auch dazu, dass sich solche rezessiven Erkrankungen besonders häufig darstellten.

00:19:49: Janika Kiltz Okay, das heißt also, je mehr Anlageträger in der Familie versammelt sind, desto wahrscheinlicher wird auch ein krankes X-Chromosom weitervererbt. Gut, ich nehme natürlich an, dass Frauen deutlich seltener erkranken, oder? Also, man müsste ja ausgerechnet das kranke X-Chromosom der Mutter erben und dann auch noch einen erkrankten Vater haben.

00:20:10: Dr. Thorsten Schmidt Ganz genau, da hast du recht. Das heißt, wenn du jetzt Anlageträgerin für diese Erkrankung bist, also eines dieser betroffenen X-Chromosomen hast und du bekommst einen Sohn, dann wirst du eines der beiden X-Chromosomen an den Sohn weitergeben. Das heißt entweder das Gesunde, dann wird der Sohn nicht betroffen sein und er wird auch nur noch gesunde Kinder bekommen können, die zumindest nicht diese Erkrankung tragen und solltest du das betroffene X-Chromosom weitergeben, dann wird der Sohn tatsächlich solch eine Hämophilie entwickeln. Bei einer Tochter sieht es dann wieder anders aus, da kannst du entweder das eine oder das andere X-Chromosom an sie vererben und sie wird dann wahrscheinlich ein gesundes anderes X-Chromosom haben und dann Anlageträgerin sein, aber auch die Erkrankung selbst nicht entwickeln. Sollte es so sein, dass in der Familie sehr, sehr häufige betroffene X-Chromosomen vorkommen, weil man nämlich innerhalb der Familie geheiratet hat, wie das bei den Königshäusern eben so üblich war, dann kann noch ganz andere genetische Konstellationen auftreten.

00:21:13: Janika Kiltz Ja, das zeigt wieder, wie wichtig genetische Vielfalt ist und warum wir einen möglichst großen Genpool brauchen. Ja, weil sonst häufen sich wirklich Erkrankungen, die eigentlich selten sind. Das ist vor allem auch auf kleineren Inseln ein ernstzunehmendes Problem, da ist die Auswahl an Partnern deutlich geringer und Einheimische müssen auch wirklich darauf achten, dass sie nicht aus Versehen mit jemandem zusammenkommen, mit dem sie dann doch über einige Ecken verwandt sind, weil natürlich sonst auf Dauer der Genpool dramatisch schrumpft und damit natürlich auch die Wahrscheinlichkeit für Krankheiten steigt. Ja und genau aus dem Grund gibt es zum Beispiel in Island eine sehr interessante App und zwar eine App, um Inzest zu vermeiden. In Island gibt es nämlich eine frei zugängliche Ahnendatenbank, also mit Informationen zu Abstammungen von fast allen Isländern und in einem Wettbewerb der Forschungsfirma deCODE genetics haben Studierende diese Datenbank für die Entwicklung einer App genutzt. Die „ÍslendingaApp“ schlägt nämlich Alarm, wenn es sich beim Gegenüber dann doch um einen entfernten Cousin handelt.

00:22:14: Dr. Thorsten Schmidt Ein weiteres Beispiel für eine X-chromosomal rezessive Erkrankung ist zum Beispiel die Farbenblindheit oder Rot-Grün-Schwäche. Das ist also auch eine Erkrankung, die auf dem X-Chromosom sitzt und genauso wie die Hämophilie weitervererbt wird. Das heißt, da ist es also auch so, wenn ein Mann diese Erkrankung hat, dann werden alle Töchter automatisch Anlageträgerinnen dafür sein, aber selbst die Erkrankung nicht entwickeln, und an Söhne kann die Erkrankung nicht weitervererbt werden.

00:22:44: Janika Kiltz Ja jetzt, wo wir gerade etwas über X- und Y-Chromosome sprechen, wie genau werden die denn eigentlich weitervererbt? Also, kann ich mir das so vorstellen, dass manche Spermien ein Y-Chromosom dabeihaben und andere einfach ein X-Chromosom?

00:23:00: Dr. Thorsten Schmidt Ganz genau. Also wir haben ja wie gesagt 46 Chromosomen, jedes Chromosom doppelt, Ausnahme sind hier die Geschlechtschromosomen, und wenn sich jetzt Spermien bilden, dann wird ein halber Chromosomensatz weitergegeben, also von den ersten Chromosomen 1 bis 22, halt entweder das väterliche oder das mütterliche, und eben von den Geschlechtschromosomen bei einer Frau eins der beiden X-Chromosom, bei einem Mann entweder ein X-Chromosom oder ein Y-Chromosom. Es ist also quasi im Spermium dann schon klar, ob das ein Spermium ist, das später zu einer Tochter oder später zu einem Sohn führen wird.

00:23:41: Janika Kiltz Ach so, ja dann entscheidet also der Mann das Geschlecht des Kindes?

00:23:46: Dr. Thorsten Schmidt Ganz genau, ganz genau. Das heißt Frauen haben insofern keinen Einfluss auf das Geschlecht des Kindes, weil sie immer ein X-Chromosom weitergeben, die Spermien bestimmen, ob es ein Sohn oder eine Tochter wird. Jetzt muss man allerdings sagen, das ist auch so ziemlich alles, was auf dem Y-Chromosom ist, das ist also nicht sehr viel Information, bisschen schon, aber das X-Chromosom ist ein riesiges Chromosom mit ganz, ganz viel Erbinformation, das heißt, es ist ein ganz entscheidender Beitrag, den die Mutter leistet und das bisschen Y-Chromosom vom Vater ist dann nicht ein sehr entscheidender Beitrag, um dann einen Mann auszumachen.

00:24:24: Janika Kiltz Ja, das entspricht also natürlich nicht ganz den Vorstellungen von Anaxagoras und Hippocrates. Ja, die Spermien entscheiden also über das Geschlecht, indem sie entweder ein X- oder eben ein Y-Chromosom mitbringen. Ja, und sowohl Eizelle als auch Spermium haben einen halben Chromosomensatz im Schlepptau.

00:24:43: Dr. Thorsten Schmidt Es gibt allerdings noch eine kleine, aber sehr, sehr wichtige Ergänzung, was das betrifft, und zwar ist es so, dass nicht unsere ganze Erbinformation nur auf den Chromosomen sich befindet. Zusätzlich befindet sich wenig, aber wichtige Erbinformation auch in unseren Mitochondrien.

00:25:03: Janika Kiltz Aha, ja, also so wie du ja am Anfang angedeutet hattest, aber wie funktioniert denn das? Also wie kann es außerhalb der Chromosomen noch Erbinformation geben und wie werden die denn dann transportiert?

00:25:17: Dr. Thorsten Schmidt Also man muss erstmal sagen, was sind überhaupt Mitochondrien? Also wir haben in der Zelle sogenannte Organellen drin, die bestimmte Aufgaben übernehmen, die dafür sorgen, dass überhaupt unsere Zelle vernünftig funktioniert und da stellen die Mitochondrien eine ganz besondere Eigenschaft dar, weil die nämlich die Energie zur Verfügung stellen, also quasi, ja, die Batterien, die wir in unseren Zellen tragen, und wir haben nicht nur eine davon, nicht nur ein Mitochondrium pro Zelle, sondern ganz, ganz viele. Und das Interessante ist jetzt, dass die Mitochondrien auch eine eigene Erbinformation mit sich bringen. Das hängt damit zusammen, dass Mitochondrien, wenn man ganz, ganz weit in die Historie geht, früher mal Bakterien waren, die sich in die Zelle integriert haben und dann quasi dort ein eigener Organismus im Organismus entstanden ist und deswegen haben diese Mitochondrien immer noch einen kleinen, aber ganz entscheidenden Beitrag an der Erbinformation. Es sind nur wenige Gene drauf lokalisiert, aber da haben wir ganz, ganz viele von den Mitochondrien in einer Eizelle drin.

00:26:28: Janika Kiltz Und was für Informationen liegen jetzt auf diesen 37 Genen versteckt?

00:26:33: Dr. Thorsten Schmidt Also die Mitochondrien stellen ja das Energiekraftwerk innerhalb der Zelle dar und da brauchen sie selbst ganz, ganz viele verschiedene Eiweiße. Einige davon werden in dem eigenen mitochondrialen Genom kodiert und andere Eiweiße kommen aus dem normalen Kerngenom, das wir haben. Das heißt, im Prinzip, so ein Mitochondrium enthält also nicht den kompletten Bauplan für sich selbst, sondern nur ein Teil davon, dass es so die Hauptmasse der Information, die in den Mitochondrien abgespeichert ist.

00:27:08: Janika Kiltz Okay, jetzt liegen also diese 37 Gene, also diese wichtige Erbinformation, außerhalb der Chromosomen auf die Mitochondrien. Und wie wird das nun vererbt?

00:27:21: Dr. Thorsten Schmidt Die Vererbung über die Mitochondrien ist relativ komplex in dem Sinne, dass sie eben nicht den Mendelschen Regeln folgt, sondern dass sie nur über die Mutter weitergegeben werden kann. Also in den Spermien ist nichts drin, außer der Erbinformation mit den Chromosomen. In den Eizellen sind eben diese Mitochondrien drin und zusätzlich eben dadurch genetische Information. Und mitochondriale Erkrankungen können somit nur über die Mutter vererbt werden und werden so gesehen auch an alle Kinder vererbt. Man muss allerdings sagen, die Mitochondrien sind ja unsere Energielieferanten, das heißt, wenn jetzt wirklich alle Mitochondrien verändert werden und alle nicht funktionieren würden, da könnte die Zelle gar nicht überleben. Das heißt, es wird also immer noch ein bestimmter Prozentsatz der Mitochondrien normal sein, und ein anderer Prozentsatz ist dann verändert. Das heißt also, es kommt darauf an, wie viel Prozent der Mitochondrien verändert sind, dass eine Erkrankung auftritt.

00:28:28: Janika Kiltz Wie äußert sich denn so eine mitochondriale Erkrankung?

00:28:32: Dr. Thorsten Schmidt Also das Krankheitsbild von solchen mitochondrialen Erkrankungen ist meist sehr komplex. Dass also viele unterschiedliche Symptome auftreten, was auch die Erkennung von solchen Erkrankungen durchaus schwierig macht. Man kann sich ja vorstellen, es sind also hier Energielieferanten in der Zelle defekt und die Erkrankung macht sich dann gerade dort bemerkbar, wo viel Energie benötigt wird, also zum Beispiel in den Muskeln, aber auch zum Beispiel bei unserem Gehirn.

00:29:06: Janika Kiltz Okay, also das heißt, eine mitochondriale Erkrankung kann zunächst einmal vieles bedeuten. Also es gibt kein klares Krankheitsbild. Kann man denn solche Krankheiten dann eigentlich behandeln oder sogar heilen? Also, kann man spezifisch die Mitochondrien ansteuern und auch beeinflussen?

00:29:23: Dr. Thorsten Schmidt Bislang gibt es nur sehr wenige genetische Erkrankungen, die sich tatsächlich heilen lassen. Das sind hochspezifische Ansätze, die verfolgt werden, um eine bestimmte genetische Information zu korrigieren. Gerade bei den mitochondrialen Erkrankung gibt es da aber ein in den Medien auch sehr stark niedergeschlagenes Beispiel. Und zwar ist kürzlich ein Kind geboren worden, das drei Elternteile hat. Was hat man gemacht? Eine Frau hatte eine mitochondriale Erkrankung. Man hat jetzt eine künstliche Befruchtung durchgeführt, damit die Frau diese Erkrankung nicht weitergeben kann. Was musste man machen? Man musste eine Eizelle haben, die eben nicht die veränderten Mitochondrien trägt. Wir haben eben gesagt, in einer Eizelle sind bis zu 100.000 dieser Mitochondrien drin. Das heißt, es ist völlig illusorisch, hier auszusuchen, was denn die gesunden und was die kranken Mitochondrien sind. Was hat man also gemacht? Man hat eine Eizelle genommen von einer Spendermutter, und hat diese Eizelle ausgeräumt und hat nur die Mitochondrien drin gelassen. Und dann hat man eine Eizelle genommen von der Frau, die diese mitochondriale Erkrankung hat und hat ihren Kern entnommen und den in diese ausgeräumte Spendereizelle übertragen. Das heißt, dadurch hat man praktisch verhindert, dass die Mutter die betroffenen Mitochondrien weitergeben konnte, weil sie… weil in der anderen ausgeräumten Eizelle eben noch die Mitochondrien drin waren. Da wurde der Kern der Mutter übertragen, dann entstand eine korrigierte Eizelle und dann wurde die ganz normal mit dem Sperma des Vaters behandelt und dann ein Kind geboren, das wie gesagt drei Eltern hat, einmal die leibliche Mutter, die das Kind dann auch ausgetragen hat, einmal den leiblichen Vater, von dem die Spermien stammen und dann die dritte Mutter, die praktisch die Eizell-Hülle mit den gesunden Mitochondrien gespendet hatte. Wobei man sagen muss, in den Mitochondrien sind ja nur 37 Gene drin, das heißt, also die Hauptinformation ist tatsächlich bei den beiden Eltern natürlich vorhanden.

00:31:48: Janika Kiltz Das klingt wirklich verrückt, also ja, spannend, was heutzutage alles möglich ist. Ja, also die Mitochondrien sind nicht zu vernachlässigen, also jeder kennt sie ja als das „Kraftwerk der Zelle“, aber ohne diesen wichtigen Energielieferanten wäre vielleicht sogar gar kein komplexes Leben möglich gewesen und ja, in den Mitochondrien schlummern aber nicht nur diese 37 Gene, nein, die Mitochondrien bergen auch Geheimnisse und zwar über uns und auch unsere Herkunft. Ja, was verraten uns denn die Mitochondrien, Thorsten?

00:32:22: Dr. Thorsten Schmidt Also man hat die mitochondriale DNA zum Beispiel genutzt, um zu überprüfen, wo jetzt die Menschen herkommen. Es gibt ja diese Out-of Africa-Vorstellung, dass also alle Menschen irgendwie… der Ursprung der Menschheit in Afrika gelegen ist. Wenn man das macht, kann man also dort auch moderne Menschen mit Neandertalern vergleichen. So ist es zum Beispiel so, dass die mitochondriale DNA in den Neandertalern sich viel, viel stärker von der der modernen Menschen unterscheidet, als jetzt die mitochondriale DNA der Menschen untereinander. Das heißt also, obwohl wir hier Milliarden von Menschen sind, die durch zich Generationen hindurchgegangen sind, haben wir immer noch relativ stabile Informationen in den Mitochondrien im Vergleich eben zu den Neandertalern. Man konnte das auch zurückverfolgen, dass man also quasi eine „Mitochondriale Eva“ benennen konnte, die irgendwann vor 100.000 Jahren mal gelebt hat und genauso konnte man auch ein Y-Chromosom des „Adams“ zurückverfolgen, so ungefähr, der auch für ungefähr 120.000 und mehr Jahren gelebt hatte, konnte also damit praktisch in die Menschheitsgeschichte zurückblicken.

00:33:35: Janika Kiltz Ja, dementsprechend ist die „Mitochondriale Eva“ die jüngste gemeinsame Vorfahren aller heute lebenden Menschen in der mütterlichen Linie. Der Begriff „Mitochondriale Eva“ wurde 1987 von Dr. Allan Wilson geprägt. Warum „Eva“? Ja, weil die gesamte mitochondriale DNA aller Menschen letztlich von einer einzigen Frau abstammt. Der Name „Eva“ wurde hier natürlich als eine Anspielung auf die biblische Figur gewählt, aber die „Mitochondriale Eva“ war weder die erste noch die einzige Frau in der Menschheitsgeschichte. Es wird zu ihren Lebzeiten noch viele andere Frauen gegeben haben. Warum sich jetzt aber ausgerechnet ihre mitochondriale DNA durchgesetzt hat? Ja, das lässt sich heute nur schwer beantworten. Eine mögliche Erklärung ist, dass es zu einem sogenannten „Gendrift“ kam. Also „Gendrift“ heißt, dass sich durch Zufallsereignisse die Häufigkeit bestimmter Genvarianten verändern. Also eine Population könnte beispielsweise durch eine Naturkatastrophe wie einem Vulkanausbruch stark geschrumpft sein oder vielleicht haben nur wenige Individuen einen neuen Lebensraum erschlossen. Und in so einem kleinen Genpool sind dann Veränderungen drastischer und bestimmte Genvarianten können sich schneller fixieren. Also wenn in einer kleinen Gruppe ein Individuum deutlich mehr Nachkommen hat, dann ist es über einen langen Zeitraum sehr wahrscheinlich, dass die Genvarianten dieses Individuums überwiegen. Also, in unserem Fall die mitochondriale DNA. Ja, aber wenden wir uns zum Schluss noch der Zukunft zu. Wir wissen heutzutage viel mehr darüber, wie Krankheiten genetisch festgelegt sind und auch, wie sie vererbt werden. Dass das biologische Geschlecht nichts mit der Windrichtung zu tun hat, das ist uns heute klar. Und wir sind somit einigen der Philosophen vergangener Tage, zumindest im Bezug zur Biologie, einen kleinen Schritt voraus. Gibt es aber dennoch ungelöste Fragen für die Zukunft?

00:35:26: Dr. Thorsten Schmidt Es gibt sehr viele ungelöste Fragen, nämlich die Kenntnis über eine Erkrankung ist das allererste, dass ich also weiß, dass es jetzt eine genetische Erkrankung ist. Und ich habe die genetische Ursache gefunden und eben die Entwicklung von Therapien dafür. Das ist etwas, was man hofft, was also jetzt in den nächsten Jahren hoffentlich kommen wird, dass dann eben man nicht nur weiß, was ist die genetische Ursache für die Erkrankung, wie wird dieses Gen weitergegeben, sondern dass man dann auch bestimmte Therapien entwickeln kann, wie man jetzt solche genetische Erbinformationen möglicherweise wieder korrigieren kann und dadurch die Erkrankung dann geheilt werden könnte. Das ist aber für die allermeisten Erkrankungen leider noch Zukunftsmusik.

00:36:16: Janika Kiltz Ja, das heißt also abwarten, aber wer weiß, die Zukunftsmusik von heute ist ja möglicherweise die Realität von morgen. Ja, vielen Dank, Thorsten, für die Beantwortung meiner Fragen und damit verabschieden wir uns bis zum nächsten Mal. Dieser Podcast wurde präsentiert von GHGA. Wir bieten Infrastruktur, in welcher Genomdaten sowie weitere medizinische Daten sicher gespeichert und kontrolliert zugänglich gemacht werden können. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert und ist Teil der nationalen Forschungsdaten Infrastruktur. Weitere Informationen findet ihr unter www.ghga.de. Vielen Dank fürs Zuhören und herzlichen Dank unserem heutigen Gast Dr. Thorsten Schmidt. Bis zum nächsten Mal.