PCR

Molekularbiologische Diagnostik von Erbkrankheiten beim Tier

Unter molekularbiologischer Diagnostik wird allgemein die Untersuchung komplexer Nukleinsäuren verstanden. Hierzu zählen sowohl die hochmolekulare doppelsträngige DNA des Zellkerns als auch die einzelsträngigen Ribonukleinsäuren (z.B. mRNA).

Was versteht man unter PCR?

Den wesentlichen Durchbruch für die molekularbiologische Diagnostik brachte die sogenannte Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Im Rahmen der klinischen Diagnostik wird die PCR zur Detektion und Analyse von Genen bekannter Sequenz eingesetzt. Mit Hilfe der PCR ist es möglich, ganz gezielt bestimmte Abschnitte der DNA im Reagenzglas millionenfach zu vervielfältigen. Aufgrund der Spezifität der PCR findet nur dann eine Vervielfältigung der DNA statt, wenn eine bestimmte Zielsequenz auch tatsächlich vorhanden ist.

Anwendungsgebiete der PCR:

Ein Anwendungsgebiet der PCR ist die Frühdiagnostik von Infektionskrankheiten, da aufgrund der hohen Empfindlichkeit dieser Methode schon geringste Mengen an Krankheitserregern nachgewiesen werden können. Ein weiteres Anwendungsgebiet der PCR sind genomanalytische Verfahren zur Identifizierung von Anlagen für erbliche Defekte.

Nach welchem Schema werden Erbkrankheiten vererbt?

Prinzipiell erbt ein Nachkomme 50% seiner Erbanlagen von der Mutter und 50% vom   Vater. Welche äußerlichen Merkmale oder Erbkrankheiten der Nachkomme ausbildet, ist abhängig davon, ob das Merkmal oder die Erkrankung dominant oder rezessiv (verdeckt) vererbt wird.
Wird ein Merkmal dominant vererbt, so ist nur eine Erbanlage von Vater oder Mutter nötig, damit das Merkmal zur Ausprägung kommt. Die Hyperkaliämische Periodische Paralyse (HYPP) beim Quarter Horse folgt beispielsweise einem dominanten Erbgang. Es genügt eine Anlage von einem Elternteil, daß das Tier von der Erkrankung betroffen ist und unter Umständen auch die Symptome ausbildet.

Bei einem rezessiven Merkmal sind dagegen zwei Erbanlagen nötig, damit das Merkmal in Erscheinung tritt. Eine Erkrankung mit rezessivem Erbgang ist beispielsweise die Immunerkrankung SCID beim Araber. Nur wenn der Nachkomme von Vater und Mutter das SCID-Gen erhalten hat, wird er auch die Erkrankung ausbilden. Einzelgenträger sind dagegen klinisch unauffällig, können aber mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% das veränderte Gen an ihre Nachkommen weitergeben.

Welche Vorteile bieten DNA-Tests?

Die Erbanlagen können unabhängig vom Alter des Tieres analysiert werden. Die Identifikation von klinisch unauffälligen Einzelgenträgern im Falle einer rezessiven Erbkrankheit ermöglicht eine verantwortungsvolle Zucht. Außerdem kann die klinische Diagnostik und die Therapie sinnvoll unterstützt bzw. ergänzt werden, da die Voraussetzung für eine gezielte Therapie eine gesicherte Abklärung der Krankheitsursache ist.

Wie funktioniert der DNA-Test?

Die Testverfahren, mit denen Mutationen aufgedeckt werden, sind sehr aufwendig, dabei aber äußerst zuverlässig. Aus dem eingesandten Probenmaterial wird zunächst das Erbgut, die DNA, isoliert. Der betreffende Genabschnitt wird dann im Reagenzglas mit Hilfe der Polymerase-Ketten-reaktion millionenfach vermehrt, so dass er für eine Analyse in ausreichendem Maße vorhanden ist.
Die Gen-Analyse erfolgt mit Hilfe eines sogenannten Genetic Analyzers, wie er beispielsweise auch in der Gerichtsmedizin zur Erstellung genetischer Fingerabdrücke zur Anwendung kommt.

Bei Punktmutationen, bei denen nur ein einziger Baustein des Erbmaterials verändert ist (z.B. HYPP, Fuchsfarben), wird eine Direktsequenzierung des Gens angewandt. Der genetische Code (Abfolge der DNA-Bausteine im Erbmaterial) wird durch eine Sequenzierung entschlüsselt. Eine mögliche Veränderung im Erbgut kann dann durch den Vergleich mit der Gensequenz eines Nicht-Genträgers festgestellt werden (siehe Abbildung).

Die Methode der Direktsequenzierung bietet gegenüber der herkömmlichen Methode der enzymatischen Analyse eine erhöhte Sicherheit. Falsche Ergebnisse sind bei der Direktsequenzierung praktisch ausgeschlossen.

Mit Hilfe der Fragmentlängenanalyse kann man dagegen Erbdefekte, bei denen im Erbgut eine Reihe von Bausteinen fehlen, nachweisen. Bei SCID beispielsweise fehlen fünf DNA-Bausteine im Gen für ein Eiweißmolekül, das für die Reifung der Immunzellen verantwortlich ist. Der Genetic Analyzer kann die Länge eines Genabschnitts bis auf einen DNA-Baustein genau bestimmen und so gesund von krank unterscheiden.