Biologie-Kurs: Genetik


©1998-2007 Hans-Dieter Mallig
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Auswertung von Karyogrammen

als interaktiver online Selbstlernkurs

(Wie arbeitet man eigentlich mit so einem Selbstlernkurs?) 

Darstellung menschlicher Chromosomen

Gewinnung der Zellen: Menschliche Chromosomen kann man z.B. aus den weißen Blutkörperchen gewinnen, entsprechend präparieren und übersichtlich darstellen. Hierzu brauchen wir natürlich Blut. Das können wir erhalten, indem wir eine Fingerkuppe, nachdem wir sie mit einem Alkoholtupfer gereinigt haben, mit einer sterilen Hämostylette anstechen. Der austretende Blutstropfen wird mit einer Pipette aufgesaugt. Die Spitze der Pipette sollte man zuvor in eine Heparinlösung tauchen, da das Heparin die Calciumionen aus dem Blut bindet und so die Gerinnung des Blutes verhindert.

Ansetzen der Gewebekultur: Das isolierte Blut wird unter sterilen Bedingungen in etwa 5 ml Kulturmedium in ein Zentrifugenglas gebracht. Das Kulturmedium enthält Salze, Glucose, Aminosäuren, Nukleotide, fetales Kälberserum, Heparin zur Verhinderung von Gerinnung, Antibiotika zur Verhinderung von Infektionen und Phythämagglutinin. Diese Kultur wird für ca. 3 Tage im Brutschrank bei 37°C bebrütet. Unter dem Einfluß des Phythämagglutinins beginnen die kernhaltigen Lymphozyten zu quellen und führen Mitosen durch. Die kernlosen Erythrozyten bleiben unverändert.

Was ist der Sinn vom Bebrüten dieser Zellkultur

Stoppen der Mitosen: Der Kultur wird Colchicin, das Gift der Herbstzeitlose (Colchicum autumnale), zugesetzt und sie wird weitere 3 Stunden im Wärmeschrank aufbewahrt. Das Colchicin hemmt die Ausbildung des Spindelfaserapparates und folglich häufen sich jetzt Metaphasestadien der sich teilenden Lymphozyten an.

Trennung der Lymphozyten von den roten Blutkörperchen: Zunächst wird die Kultur 5 Minuten zentrifugiert. Dabei setzen sich die Blutkörperchen ab. Der Überstand wird anschließend abgesaugt und verworfen. Jetzt wird eine bestimmte Menge destilliertes Wasser dazu gegeben, das von den Blutzellen osmotisch aufgenommen wird. Dabei quellen die Zellen. Die roten Blutkörperchen platzen

dadurch, die weißen bleiben im gequollenen Zustand. Erneutes Zentrifugieren läßt die weißen Blutkörperchen Sedimentieren und die Reste der roten Blutkörperchen im Überstand. Dieser wird bis auf einen kleinen Rest abgesaugt. Dem Rest gibt man zum Fixieren vorsichtig ein Gemisch aus Methanol und Eisessig (3:1) dazu.

Verteilung der Chromosomen:  Aus einer feinen Pipette läßt man Tropfen mit einzelnen weißen Blutkörperchen auf einen Objektträger mit einem Wasserfilm fallen. Beim Aufprall des Tropfens platzt die Zelle und die Chromosomen breiten sich nebeneinander aus. Zur Fixierung der ausgebreiteten Chromosomen wird der Objektträger kurz durch eine Bunsenbrennerflamme gezogen und getrocknet.

Färben: Etwa 15 Minuten dauert die Färbung in verdünnter Giemsa-Lösung. Danach wird der Objektträger in zwei weiteren Küvetten kurz gewässert und anschließend getrocknet. Danach kann mikroskopiert werden.
  

Mikroskopieren und Fotographieren: Die Chromosomen, die offensichtlich aus einer Zelle Stammen, werden gesucht und bei einer Vergrößerung von ca. 800-fach mikroskopiert und fotographiert. 

Sortieren zu einem Karyogramm:  Von dem fotographierten Negativ wird eine Postiv-Vergrößerung im Format von mindestens 13x18 cm hergestellt. Aus dieser Vergrößerung schneidet man die einzelnen Chromosomen aus und sortiert sie nach Größe, Lage des Zentromers und je nach Färbemethode auch nach der Musterung. 


von stoch. uni-passau: Metaphasechromosomen 

verändert nach stoch. uni-passau: Metaphasechromosomen sortiert
Wie viele Chromosomen zählst du insgesamt
In wieviel Gruppen sind sie sortiert 

Das nebenstehende Karyogramm ist übrigens nicht, wie oben beschrieben, mit Schere und Kleber sortiert worden, sondern von einem Automaten. 

Und hier kannst du selbst am Bildschirm  Chromosomen einsortieren. (http://www.biology.arizona.edu/)

Du kannst dir aber auch ein Arbeitsblatt ausdrucken und selbst Chromosomen mit Schere und Kleber sortieren.



(Die folgenden Karyogramme sind zum Teil nur gezeichnet und/oder am Bildschirm manipuliert, um die gewünschte Chromosomenkonstellation darzustellen.)

Vergleiche die beiden folgenden Karyogramme.
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Karyogramm einer Frau verändert nach  stoch. uni-passau:
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X / Y
Karyogramm eines Mannes verändert nach  stoch. uni-passau:

(Kopiervorlage für Folie oder Arbeitsblatt mit weiblichem und männlichem Karyotyp.)
 

Welchen Unterschied findest du?

 Man beschreibt den Karyotyp mit Hilfe einer Formel, in der zuerst die gesamte Anzahl der  Chromosomen (Autosomen und Gonosomen) genannt wird und dann die Geschlechtschromosomen (Gonosomen) einzeln aufgeführt werden. Der Karyotyp der Frau oben ist demnach: (46,xx).
Welchen Karyotyp hat der Mann im oberen rechten Karyogramm?


 Das Down-Syndrom

Analysiere jetzt das nebenstehende Karyogramm. Was fällt dir auf

Wie würdest du den Karyotyp schreiben?

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X / Y
 verändert nach  stoch. uni-passau
 übernommen von trumble: Eddie
Das Karyogramm oben könnte von Eddi stammen. 
Bei ihm erkennt man das Krankheitsbild 'Down-Syndrom', auch als 'Trisomie 21' bezeichnet. 
Die Kinder haben selbstverständlich viel Änlichkeiten mit ihren Eltern, sind untereinander jedoch sehr verschieden, und dennoch finden sich einige gemeinsame Merkmale: 
die Patienten bleiben, auch wenn der Schweregrad der Krankheit variabel ist, angeborenermaßen so retardiert, daß sie sich nie alleine versorgen können. An körperlichen Merkmalen findet man einen flachen Hinterkopf und eine große Zunge, die dazu führt, daß der Mund sehr häufig offen steht. Von Statur sind sie kleinwüchsig und gedrungen. Die Hände sind kurz und plump und weisen häufig (in 40% der Fälle) eine Beugefurche auf, die quer über die Hand, also über vier Finger führt. Bei der übrigen Bevölkerung kommt diese Vierfinger-Furche nur zu 4% vor. Auch Herzmißbildungen sind recht häufig. 
 Abgesehen von ihrer Behinderung, fallen diese Menschen durch ihre liebenswerte Freundlichkeit auf.
Als Ursache für diese Behinderung finden wir oben im Karyogramm  47 Chromosomen. Das Chromosom Nr. 21 ist drei mal vorhanden. Der Karyotyp ist hier (47,Xy).

Die Trisomie 21 geht auf eine nicht-Trennung (non-disjunction) der Chromatiden in einer  der meiotischen Teilungen zurück. Meist geschieht dies bei der Eizellentwicklung.
Auffallend ist die starke Zunahme an Trisomie-21-Fällen bei älteren Müttern. Während bis zu einem Alter der Mütter von 30 Jahren die Fälle kaum zu nehmen, kommen  danach zunehmend immer mehr Fälle von Down-Syndrom vor.
Wer sich mehr über Trisomie-21 informieren möchte, kann dies bei entprechenden Beratungsstellen oder im Internet  z.B. bei  "trumble" oder beim ARBEITSKREIS DOWN-SYNDROM e.V. tun.

Fasse die Merkmale eines Patienten mit Trisomie-21 kurz zusammen.


 Das Katzenschrei-Syndrom

von Criduchat: Charlotte
Wir sehen hier das Foto der kleinen Charlotte, die am Cri-du-chat-Syndrom leidet. Charakteristisch und ein erster Hinweis auf das Leiden ist das sehr hohe Schreien der betroffenen Kinder, das an das Schreien junger Katzen erinnert. 
Darüber hinaus haben die betroffenen Kinder oft einen zu kleinen Schädel mit einem fliehenden, kleinen Kinn. Die Augen stehen in der Regel weit auseinander und die Ohren sitzen tief. In ihrer Entwicklung kann man eine geistige und körperliche Retardiertheit feststellen. 
Dieses Katzenschreisyndrom ist eines der häufigeren angeborenen Krankheitsbilder, das einmal unter 50.000 bis 100.000 Neugeborenen vorkommt.

 
Analysiere das nebenstehende Karyogramm sehr genau
Was fällt dir auf? 
Nach Abi-Tools: Man beachte die Veränderung beim kleinen Pfeil
 Die Frage ist, wie es zu so einer Veränderung eines Chromosoms, zu einer 'strukturellen Chromosomen-Aberration'  kommen kann.
Eine sehr anschauliche Darstellung eines Zwischenstück-Verlustes haben wir 
der Seite der Waisman-Universität entnommen. Zunächst in der Mitte der Trick und rechts kann man aufgrund der Färbung erkennen, daß sowohl beim Chromosom 6 als auch beim Chromosom 2 ein Zwischenstück fehlt. 

Deletion im Trick von Waisman:

Beispiele für Deletionen an den Chromosomen 6 und 2
von Waisman:
Wer mehr über das Cri-du-chat-Syndrom erfahren möchte, kann sich unter Criduchat informieren.

Das Ullrich-Turner-Syndrom

Fast alle Patientinnen sind im Kindesalter in der Regel unauffällig, bleiben aber meist klein. Oft führt erst das Ausbleiben der Regelblutung zum Arzt. Hinweise auf das Syndrom können fehlende oder nur spärlich entwickelte sekundäre Geschlechtsmerkmale, gelegentlich ein breiter Hals ('Flügelfell' im Nackenbereich), ein Schildförmiger Brustkorb mit weitem Brustwarzenabstand oder Herz- und Blutgefäßmißbildungen sein.  Durch verschiedene Therapien lassen sich die Auswirkungen reduzieren. Die Intelligenz ist meist normal. 
Wer sich über diese Kurzinformation hinaus gründlicher informieren möchte, kann dies bei einer der Selbsthilfeorganisationen wie z.B. www.turner-Syndrom.de tun.
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X / Y
 verändert nach  stoch. uni-passau
Analysiere das nebenstehende Karyogramm sehr genau
Was fällt dir auf? 
Wie würdest du den Karyotyp schreiben?

Vergleiche die Ursachen und Auswirkungen von Katzenschrei- und Turnersyndrom !
 

Das Barr-Körperchen

 
In den Zellkernen normaler weiblicher Personen lassen sich mit Hilfe ensprechender Färbungen sogenannte Kernkörperchen, nach seinem Entdecker Barr auch Barr-Körperchen genannt, feststellen. Sie sind durch starke Kontraktion der DNS und Verknüpfung mit zusätzlichen Proteinen inaktivierte X-Chromosomen. Von den zwei X-Chromosomen in den Körperzellen einer Frau liegt also eines entpackt als Chromatin und das ander als Barr-Körperchen vor. 
Barr-Körperchen in einer Nervenzelle einer weiblichen Katze.
Von Biodidact
Da beim männlichen Geschlecht diese Körperchen nicht auftreten, bekam die Untersuchung auf Barr-Körperchen aus Zellen der Mundschleimhaut oder aus Haarwurzeln im Hochleistungssport die Bedeutung eines Geschlechtstests, mit dem die Teilnahme von Männern (mit stärkerer männlicher Muskelentwicklung und damit im Vergleich besseren Medaillenchancen) in  Frauendisziplinen verhindert werden sollte.

Vergleiche inbesondere die Auswirkungen von Katzenschrei- und Turnersyndrom nach dieser Zusatzinformation !

Kann es auch Männer mit  Turnersyndrom geben? Begründe !


Das Klinefelter-Syndrom

Analysiers das nebenstehende Karyogramm. Was fällt auf? 
Wie lautet der Karyotyp 
Wie würdest du den Karyotyp schreiben?
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 verändert nach  stoch. uni-passau
  Der Habitus beim Klinefelter-Syndrom ist vom Grundsatz männlich. Das vorhandene y-Chromosom determiniert demnach das männliche Geschlecht. Das Erscheinungsbild ist jedoch schwach männlich ausgeprägt, z.B. auch wegen geringem Bartwuchs.
Auch Karyotypen mit XXXy  und XXXXy werden als Klinfelter-Syndrom bezeichnet.


 
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 verändert nach  stoch. uni-passau
Analysiere dieses Karyogramm! Was fällt auf? 
Wie lautet der Karyotyp
.Es handelt sich um das Poly-X-Syndrom. Die Patienten sind Frauen. Es kommen auch Karyotypen mit vier oder fünf X-Chromosomen vor. Mit zunehmender Zahl der X-Chromosomen nehmen die intellektuellen Fähigkeiten ab.
 

Übersicht über die Abweichungen in der Chromosomenzahl

 
Die nebenstehende Tabelle zeigt die möglichen Kombinationen der Geschlechtschromosomen. Die Abweichungen derChromosomenzahl in den Geschlechtszellen geht auf Fehler in der Meiose zurück.


Und hier gibt es als Training zum Abschluß ein

Quiz

zum Thema Auswertung von Karyogrammen. Hier kannst du sehen, ob du das Thema auch verstanden hast.

Ein Online-Kurs ist bei den hohen Telefongebühren in Deutschland zu teuer??

Dann eben als Offline-Kurs

Die Nutzung des Kurses ist erwünscht. Sie dürfen deshalb jederzeit für Lern- oder Lehrzwecke (im Rahmen einer nichtprofitorientierten Nutzung) die einzelnen Textfiles und Bilder mit "Save As.." oder "Save image as.." vom Infoweb-Server herunterladen und auf ihrer Festplatte speichern. Allerdings müssen Sie anschließend die einzelnen Dateien und Bilder in der gleichen Verzeichnisstruktur ablegen, wie bei uns auf dem Server. Das ist machbar, kostet jedoch einiges an Zeit.
Gegen eine geringe Bearbeitungsgebühr können Sie sich diese Zeit sparen und die neueste Version des interaktiven Lernprogramms zur Offline-Bearbeitung bekommen. Wie?
Verbesserungsvorschläge und Kommentare an Hans-Dieter Mallig (hans-dieter@mallig.de)