Unsere DNA ist einer von drei Grundpfeilern der Molekularbiologie
Unsere genetische Information, die Desoxyribonukleinsäure (DNS, engl. DNA), ist in fast jeder Zelle unseres Körpers gespeichert. Die Gene dienen als Bauanleitung für lebenswichtige Proteine. Damit diese gebildet werden können, muss die DNA zunächst in messenger Ribonukleinsäure (mRNS, engl. mRNA) umgeschrieben werden. Die mRNA dient im Anschluss als Vorlage zur Proteinbiosynthese. Im „Zentralen Dogma der Molekularbiologie“ von 1958 ist dieser Informationsfluss zwischen DNA, RNA und Proteinen bereits festgehalten.
1. Unsere DNA beeinflusst die Wirkung von Arzneimitteln
Nicht jedes Arzneimittel schlägt bei jeder Patientin und jedem Patienten gleich gut an. Variationen im Erbgut, wie die des Enzyms Cytochrom P450, können die Wirksamkeit und Verträglichkeit von Arzneimitteln beeinflussen. An diesem Punkt setzt die personalisierte Medizin an. Durch eine Analyse des Erbguts können die Wirksamkeit verbessert und mögliche Nebenwirkungen verhindert werden. Das spielt beispielsweise bei der Behandlung von Krebs eine wichtige Rolle, denn Krebserkrankungen basieren auf Veränderungen im Erbgut. Welche Abweichung vorliegt, ist bei jeder Patientin und bei jedem Patienten unterschiedlich. Mit Hilfe einer Analyse der Tumor-DNA können bestimmte genetische Veränderungen nachgewiesen und der Krankheitsverlauf eingeschätzt werden.
2. Unsere DNA ist meist nicht in Chromosomen organisiert
Betrachtet man Bilder der DNA, sieht man häufig unsere X-förmigen Chromosomen. In dieser kompakten Form existiert die DNA tatsächlich aber nur kurzzeitig, nämlich während der Zellteilung. So wird ermöglicht, dass die genetische Information geordnet an die neu gebildete Zelle weitergegeben werden kann. In allen anderen Phasen des Zellzyklus sind die meterlangen DNA-Stränge lockerer gepackt. Schliesslich muss unsere genetische Information für Proteine zugänglich sein, um abgelesen zu werden.
Menschen haben einen doppelten Chromosomensatz aus insgesamt 46 Chromosomen. Zwei davon sind unsere Geschlechtschromosomen – zwei X-Chromosomen bei Frauen oder ein X- und ein Y-Chromosom bei Männern. Allerdings liegt unsere DNA nur während der Zellteilung in dieser dicht verpackten Struktur vor und ist sonst lockerer organisiert.
3. Unsere DNA ist mehrheitlich „Junk“
Das menschliche Genom ist mehr als vier Mal grösser als das des Gemüsekohls. Trotzdem hat der Gemüsekohl 100‘000 verschiedene Gene und der Mensch nur 23‘000. Das liegt daran, dass 95 Prozent unserer DNA keine Protein-kodierende Funktion hat. Unsere Gene machen folglich nur fünf Prozent unseres Genoms aus. Nichtkodierende DNA (engl. noncoding DNA) kann in RNA mit regulatorischen Funktionen umgeschrieben werden. RNA-Moleküle enthalten nur einen Teil der Informationen eines Organismus. Sie sind kurzlebig und können flexibel Aufgaben übernehmen, je nachdem, wofür sie gerade gebraucht werden. Diese Eigenschaft ist wichtig, um beispielsweise die Proteinproduktion zu blockieren oder genetische Aktivitäten zu regulieren. Andere Abschnitte haben eine wichtige Funktion für die Struktur oder Lesbarkeit von Genen.
4. Unsere DNA bestimmt nicht alles allein
Die genetische Information ist in jeder Zelle eines Organismus identisch. Wie können trotzdem unterschiedliche Zelltypen entstehen, die eine Reihe an verschiedenen Organen formen? Dies ist durch erblich genetische Abänderung der DNA und DNA-gebundener Proteine möglich. Diese biochemischen Anpassungen bestimmen, ob ein Gen zugänglich ist und abgelesen werden kann oder stillgelegt (engl. silenced) ist. Ein Gen legt beispielsweise äussere Merkmale wie die Augenfarbe fest. Die Genfunktion wird also beeinflusst, obwohl die DNA-Sequenz sich nicht ändert, wie es bei einer Mutation der Fall wäre. Die sogenannte epigenetische Prägung ist von Umweltfaktoren beeinflussbar und kann an Nachkommen vererbt werden.