Genetische Methoden an der WSL ¶
An der WSL nutzen wir genetische Methoden hauptsächlich, um:
1. Arten zu bestimmen
- Welche Arten sind in einem Gebiet vorhanden, und wie sind sie verteilt?
- Gibt es Arten, die sich genetisch unterscheiden, aber gleich aussehen?
- Kommen Kreuzungen und Rückkreuzungen zwischen Arten vor, und wie gross ist der Anteil jeder Elternart in den Nachkommen?
2. Verwandtschaften zu klären
- Wie eng sind Individuen miteinander verwandt?
- Sind Populationen miteinander durch Genfluss vernetzt?
- Aus welcher Herkunftspopulation stammt ein Individuum?
3. Anpassungen an Umweltveränderungen zu erforschen:
- Zeigen Populationen genetische Anpassung an ihre Umwelt?
- Verfügen Populationen über die benötigte genetische Vielfalt, um auch unter zukünftigen
Umweltbedingungen angepasst zu sein?
4. Genetische Vielfalt zu messen:
- Wie steht es um die genetische Vielfalt – und wie wirkt sich menschliches Handeln darauf aus?
- Sind kleine Populationen durch Inzucht gefährdet?
Hier zeigen wir einige der wichtigsten Analysen, die wir in den ausgestellten Projekten eingesetzt haben – stellvertretend für viele weitere Techniken der genetischen Forschung.
Das Wichtigste in Kürze ¶
Eine genetische Untersuchung erfolgt in drei Schritten:
1. Probenahme
2. DNA-Extraktion
3. SequenzierungDanach folgt der oft aufwendigste Teil: Bioinformatik. Dabei werden die Sequenzen analysiert und verglichen.
Die Technologien haben sich in den letzten 50 Jahren rasant entwickelt. Die Kosten sind stark gesunken und die Datenmenge ist enorm gestiegen.
Genetische Methoden untersuchen normalerweise die Vielfalt innerhalb einer Art – aber Ansätze wie eDNA ermöglichen es, auch die Artenzusammensetzung in einem Lebensraum zu bestimmen.
(1) Probenahme ¶
Fast alles ist möglich
Fast alle Gewebe von Organismen enthalten DNA und können für genetische Analysen verwendet werden.
Von der Blutentnahme bei Steinböcken bis zu Fallen, die Pilzsporen aus der Luft fangen: Aufwand und störende Einflüsse auf die Organismen unterscheiden sich je nach Methode deutlich.
Die Proben müssen möglichst schnell getrocknet, gekühlt oder eingefroren werden, damit die DNA nicht durch zelleigene Enzyme abgebaut wird.
(2) DNA-Extraktion ¶
Zum Kern der Sache
Zellen werden mithilfe von physikalischen, chemischen und enzymatischen Prozessen aufgeschlossen, um die DNA zugänglich zu machen. Möglichst alle Zellbestandteile ausser der DNA werden dann entfernt.
Das Ziel ist es, möglichst reine DNA in einem Lösungsmittel zu erhalten, so dass sie für nachfolgende Analysen genutzt und langfristig gelagert werden kann.
Die Menge und Qualität der extrahierten DNA wird entweder durch optische Messungen oder mithilfe von Färbemittel bestimmt.
(3) Sequenzierung ¶
Die DNA als Buch
Die Art und Reihenfolge der Basenpaare – die DNA-Bausteine A, T, G und C – werden bestimmt. Dabei werden einzelne Basenpaare bestimmt oder ganze Abschnitte der DNA analysiert. Es gibt zahlreiche Methoden, die sich in Leselänge (30 bis 100 000 Basenpaare) und Fehlerraten unterscheiden.
Vielfalt entschlüsseln ¶
Mikrosatelliten: Wiederholung macht den Unterschied
Mikrosatelliten werden z. B. in der Forensik, bei Vaterschaftstests und in der Populationsgenetik – etwa im Naturschutz – eingesetzt. Das sind sehr kurze, sich wiederholende Sequenzen aus bis zu 6 Basenpaaren. Die Anzahl dieser sich wiederholenden Sequenzen ist oft innerhalb oder zwischen Individuen verschieden und wird vererbt. Für den genetischen Fingerabdruck wird nur die Länge der Sequenz berücksichtigt – nicht die Abfolge der Basenpaare.
SNP: Ein Buchstabe, grosse Wirkung
Die Analyse von SNPs hilft beispielsweise bei Risikoabschätzung von Krankheiten, Artbestimmung, Messen der genetischen Vielfalt und Beurteilung des Anpassungspotenzials. SNP (engl. Single Nucleotide Polymorphism) bezeichnet den Unterschied an einer einzelnen Stelle im Genom, an der alternative Basenpaare vorhanden sind, entweder innerhalb eines Individuums oder zwischen Individuen. SNPs haben meist zwei Varianten, diese werden weitervererbt.
Ganz-Genom-Analyse
Sie ist der Goldstandard genetischer Methoden – für ein umfassendes Bild des Erbguts eines Individuums. Damit kann z. B. die genetische Vielfalt gemessen und das Anpassungspotenzial einer Art abgeschätzt werden.
Die DNA wird in Stücke zerlegt, sequenziert und danach die Sequenz mit hochleistungsfähigen Rechnern wie ein Puzzle zusammengefügt. Damit können alle genetischen Unterschiede erfasst werden – von einzelnen Basenänderungen (SNPs) über längere Sequenzen bis hin zu grösseren strukturellen Veränderungen.