Zusammenfassung
Bei einem ständig wachsenden Anteil der über 4000 heute bekannten monogenen Erbleiden
können diagnostische Untersuchungen an der Erbsubstanz selbst (Desoxyribonukleinsäure=DNA)
durchgeführt werden. Dabei ist die Mutation entweder direkt nachweisbar oder indirekt
anhand des Musters von eng mit dem Gen gekoppelten DNA-Abschnitten auf dem gleichen
Chromosom, sogenannten DNA-Polymorphismen. Dadurch kann festgestellt werden, ob ein
Angehöriger in einer Familie mit einer Erbkrankheit Anlageträger ist oder nicht. Mit
den gleichen Methoden läßt sich auch pränatal für mehr als 100 Krankheiten in einer
Frühschwangerschaft aus Chorionbiopsien (8.-9. Woche) die Diagnose stellen oder ausschließen.
Die Techniken der DNA-Diagnostik sind weitgehend standardisiert und für viele Krankheiten
schon fast zur Routine geworden: Die gesamte DNA von 3 × 109 Basenpaaren wird aus Zellen der zu untersuchenden Personen extrahiert und mit Restriktionsenzymen
in kleinere Stücke von durchschnittlich 5 bis 20 Kilobasen „geschnitten”, dann denaturiert,
d.h. einsträngig gemacht. Der uns interessierende DNA-Abschnitt (Gen, DNA-Marker)
wird von einer ganz bestimmten, eigens hergestellten, markierten „Genprobe” erkannt,
d.h. diese verbindet sich mit demjenigen Fragment der DNA, zu welchem sie über größere
Abschnitte in ihrer Basenfolge „komplementär” ist. Im gleichen Arbeitsgang wird dabei
mittels Elektrophorese auch die Länge des zu untersuchenden DNA-Abschnittes bestimmt.
Diese Analysen können gleichzeitig für eine große Anzahl verschiedener Gen-Abschnitte
aus einer sehr geringen Menge DNA mit hoher Präzision durchgeführt werden, ja sogar
aus Spuren, denn heute kann man DNA mit der sogenannten Polymerase-Kettenreaktion
(PCR) in einer Zeit von wenigen Stunden um Faktoren von 105 oder höher vervielfältigen. Am Beispiel von einigen relativ häufigen Erbkrankheiten,
wie Muskeldystrophie Duchenne und Mukoviszidose werden diese Techniken erläutert und
ihr präventiver Nutzeffekt für die genetische Beratung und Familienplanung, aber auch
ihre zunehmende Inanspruchnahme durch die betroffenen Familienangehörigen diskutiert.
Summary
In an ever-increasing number of the more than 4000 known genetic diseases with Mendelian
inheritance, the geneloci have been mapped. In such cases it is possible to predict
by DNA techniques whether or not family members are carriers of the mutation and risk
having affected children. Using the same methods, disease can also be predicted prenatally
from chorionic villi biopsies (CVS) as early as the nineth week of pregnancy. With
some diseases it is possible to analyze the DNA of the mutation directly, whereas
in others closely linked polymorphic DNA markers have to be analyzed in order to distinguish
the mutationbearing chromosome from the one with the normal allele. The techniques
of diagnostic DNA investigations are now standard procedures in medical genetic laboratories
and are performed almost routinely for many diseases: The total (genomic) DNA, with a length of 3 × 109 base pairs (bp), is extracted from cells, mainly leukocytes from EDTA blood samples,
then digested by restriction endonucleases into smaller fragments with a length of
approx. 103 to 104 bp. The fragments are separated according to their lengths by agarose gel electrophoresis,
then transferred to nitrocellulose („Southern Blot”) and made „single-stranded” by
denaturation. The fragment in question can now be recognized by a specific gene probe
with a homologous base sequence (hybridization). Since the probe is slightly radioactive,
the hybridized genomic DNA fragment is recognized by autoradiography, and its length
determined by the relative position it reached during electrophoresis. These analyses
can be carried out simultaneously for different DNA fragments within and outside the
gene locus. Since the genomic DNA can now be multiplied by a factor of approx. 105 within a few hours by polymerase chain reaction (PCR) techniques, only very small
amounts of material are needed, which is a great advantage for prenatal diagnosis
from CVS. The application of these DNA techniques is illustrated by examples of diagnostic
investigations in families with genetic diseases whose incidence is relatively high,
such as cystic fibrosis or Duchenne type muscular dystrophy. Their usefulness in genetic
counseling and the increasing demand for diagnostic DNA investigations by patient's
relatives are discussed.