Autosomal rezessive Erbkrankheiten

Die Mendelschen Regeln

Johann Gregor Mendel (1822–1884) war ein Mönch des Augustinerordens, der die Vererbung von Merkmalsausprägungen an Erbsen untersuchte. Seine aufgestellten Regeln werden bis heute zur Bestimmung von Erbgängen verwendet.

Eine grundlegende Annahme der Mendelschen Regeln ist, dass eine Merkmalsausprägung durch zwei Allele bestimmt wird. Dabei stammt immer ein Allel vom Vater und eines von der Mutter. Beide Allele zusammen sind somit für eine Merkmalsausprägung verantwortlich.

In Mendels Experimenten zeigte sich, dass es in einem Erbgang vorherrschende und eher selten auftretende Merkmale gab. Diese Feststellung ist heute als dominante und rezessive Vererbung bekannt.

Im Folgenden lernst Du die einzelnen Mendelschen Regeln kennen, weil Du sie zur Analyse eines (autosomal-rezessiven) Erbgangs benötigst.

1. Uniformitätsregel

Zwei homozygote (reinerbige) Individuen, die sich in ihrem Merkmal unterscheiden, erzeugen Nachkommen, die alle den gleichen Phänotyp und Genotyp besitzen. Als reinerbig werden hierbei Individuen betrachtet, die zweimal das gleiche ausgeprägte Allel tragen.

In der unten stehenden Abbildung kannst Du die Uniformitätsregel und den entsprechenden Erbgang am Beispiel des Albinismus beim Menschen sehen. Aus zwei reinerbigen Eltern gehen ein Phänotyp (schwarz) und ein Genotyp (Nw) hervor. Dabei handelt es sich um einen autosomal-rezessiven Erbgang.

Abbildung 1: Uniformitätsregel am Beispiel des Albinismus beim Menschen

2. Spaltungsregel

Die Nachkommen von heterozygoten Individuen besitzen unterschiedliche Phänotypen als auch Genotypen. Dabei erfolgt die Aufteilung immer nach dem gleichen Muster. Bei vier Nachkommen erhält jeweils ein Nachkomme:

• ein dominantes Allel vom Vater und ein dominantes Allel von der Mutter (NN)
• ein dominantes Allel vom Vater und ein rezessives Allel von der Mutter (Nw)
• ein dominantes Allel von der Mutter und ein rezessives Allel vom Vater (Nw)
• ein rezessives Allel vom Vater und ein rezessives Allel von der Mutter (ww)

Es entstehen somit zwei Phänotypen und drei Genotypen. Ein Phänotyp setzt sich dabei aus allen Individuen zusammen, die mindestens ein dominantes Allel besitzen, während der zweite Phänotyp den Nachkommen mit beiden rezessiven Allelen beinhaltet. Die drei Genotypen werden nach dem Verhältnis 1:2:1 (NN, Nw, ww) ausgebildet.

Hier ist die Spaltungsregel am Beispiel des Albinismus beim Menschen dargestellt:

Abbildung 2: Spaltungsregel am Beispiel des Albinismus beim Menschen

Wie Du der Abbildung entnehmen kannst, erhält von zwei mischerbigen Elternteilen ein Nachfahre beide dominanten Ausprägungen des Allels. Zwei Nachkommen erhalten eine dominante und eine rezessive Ausprägung und ein Nachkomme zwei rezessive Allele. Es entstehen also zwei Phänotypen (schwarz & grau) und drei Genotypen (NN, Nw, ww).

3. Unabhängigkeitsregel

Die Unabhängigkeitsregel besagt, dass zwei Merkmale unabhängig voneinander vererbt werden. So hat die Vererbung zweier Individuen mit z. B. unterschiedlicher Augenfarbe keinen Einfluss auf die Vererbung der Haarstruktur.

Der Erbgang

Generell kann zwischen 5 Arten der Erbgänge unterschieden werden:

• Autosomal-dominanter Erbgang
• Autosomal-rezessiver Erbgang
• X-chromosomal-dominanter Erbgang
• X-chromosomal-rezessiver Erbgang
• Y-chromosomaler Erbgang

Die X- und Y-chromosomalen Erbgänge sind gonosomale Erbgänge, da es sich bei den betroffenen Chromosomen um die Geschlechtschromosomen handelt. Diese können anhand der Merkmalsverteilung auf die Geschlechter der Nachkommen analysiert werden.

Autosomal-rezessiver Erbgang

Diese zeigt Dir an, dass das Allel für die Merkmalsausprägung nicht auf den Geschlechtschromosomen liegen kann. Würde das Allel auf den Gonosomen liegen, wären im Erbgang hauptsächlich Männer oder Frauen betroffen.

Zusätzlich sollte in einem autosomal-rezessiven Erbgang nicht jede Generation eine Merkmalsausprägung aufzeigen, da für eine Merkmalsausprägung jeweils ein rezessives Allel des Vaters und eines der Mutter für die Ausprägung benötigt wird. Damit eine Merkmalsausprägung im Phänotyp stattfindet, muss das Allel des Merkmals also homozygot vorliegen.

Autosomal-rezessiver Erbgang: Merkmale

Einen autosomal-rezessiven Erbgang erkennst Du an folgenden Merkmalen:

• Das Auftreten der Krankheit überspringt Generationen.
• Beide Geschlechter sind im gleichen Maße betroffen. Es müssen jedoch trotzdem nicht immer genau gleich viele Männer und Frauen betroffen sein.
• Die Eltern von erkrankten Kindern sind beide gesund.

Autosomal-rezessiver Erbgang – Bestimmung

In einer Klassenarbeit oder Klausur kann es vorkommen, dass Du Informationen, wie einen Stammbaum, zu einer Krankheit erhältst, und damit dann den Erbgang bestimmen musst. Diese Aufgabe nennt sich Stammbaumanalyse.

In der unteren Abbildung findest Du einen beispielhaften Stammbaum eines Erbgangs für eine Erbkrankheit. Erkrankte Personen sind in Grau und gesunde Personen in Schwarz dargestellt. Wenn Du den Erbgang aus dem Stammbaum bestimmen möchtest, stelle Dir folgende Fragen:

Abbildung 3: Beispielhafter Stammbaum eines Erbgangs.

Autosomal-rezessive Erbkrankheiten – Beispiele

Viele bekannte Erbkrankheiten werden rezessiv vererbt. In den folgenden Abschnitten lernst Du einige der Bekanntesten kennen.

Albinismus

Der Albinismus zeichnet sich dadurch aus, dass Betroffene auffallend weiße Haut und helle Haare haben. Ebenfalls leiden Erkrankte oft an Augenproblemen, wie Schielen oder Lichtempfindlichkeit. Grund dafür ist eine Genmutation, durch die der Körper kein Melanin produzieren kann. Dabei ist Albinismus eine selten auftretende Erbkrankheit, da nur ungefähr einer von 20.000 Menschen erkrankt.

Melanin ist ein Pigment, das nicht nur vom Menschen, sondern auch von vielen anderen Organismen gebildet wird. Deshalb ist Albinismus auch im Tierreich weitverbreitet. Es ist charakteristisch für die dunkle Färbung der Haut und der Haare.

Mittlerweile wurden bis zu 50 verschiedene Gene nachgewiesen, durch deren Mutation Albinismus verursacht werden kann, da eine Vielzahl an Proteinen an der Synthese von Melanin beteiligt ist.

Albinismus ist nicht heilbar und Betroffene müssen lernen, mit der Erkrankung umzugehen. Dazu gehört, ausreichend Sonnenschutz zu tragen, und mögliche Sehbeschwerden behandeln zu lassen. Die Lebenserwartung ist nicht eingeschränkt.

Mukoviszidose

Bei der Erbkrankheit Mukoviszidose bildet sich ein zähflüssiger Schleim auf den Schleimhäuten im Körper aus. Daraus resultieren Symptome wie Husten, Atemprobleme, Infektionen und Verdauungsbeschwerden. Durch einen Gendefekt kann ein Chloridionenkanal in den Schleimhautzellen nicht mehr arbeiten. Als Folge bildet sich der zähe Schleim.

Mukoviszidose ist nicht heilbar, man kann jedoch die Symptome mit geeigneten Therapien lindern. Die durchschnittliche Lebenserwartung liegt bei ungefähr 50 Jahren.

Angeborene Schilddrüsenunterfunktion (Kretinismus)

Betroffene der angeborenen Schilddrüsenunterfunktion (Kretinismus) leiden an einer zu geringen Hormonproduktion der Schilddrüse. Dabei handelt es sich meist um die Hormone Thyroxin und Trijodthyronin. Beide Hormone beeinflussen eine Vielzahl an Stoffwechselvorgängen im menschlichen Körper und sind somit lebensnotwendig.

Symptome der angeborenen Schilddrüsenunterfunktion sind Missbildungen des Skeletts, Sprachstörungen sowie ein aufgedunsenes Gesicht und trockene Haut. Der Mangel an Schilddrüsenhormonen führt im zentralen und peripheren Nervensystem zu einer Verlangsamung der Bildung von Axonen, Dendriten, Synapsen und Myelinscheiden. Daraus folgt eine verminderte geistige Entwicklung der betroffenen Person.

Sichelzellenanämie

Die Sichelzellenanämie ist eine Krankheit, die eine dauerhafte Anämie (Blutarmut) hervorruft. Die roten Blutkörperchen besitzen eine Sichelform und können dadurch den Sauerstoff nicht optimal durch den Körper transportieren. Zuerst wurde die Krankheit bei Menschen aus afrikanischen Ländern entdeckt.

Inzwischen hat sich die Sichelzellenanämie jedoch verbreitet, und ist auch in europäischen oder asiatischen Ländern eine bekannte Erkrankung. Erkrankte können in seltenen Fällen bei anstrengenden, körperlichen Aktivitäten plötzlich sterben, da ein zu hoher Flüssigkeitsverbrauch ansteht.

Eine Stammzelltransplantation kann die Sichelzellenanämie möglicherweise heilen. Meistens werden Betroffene jedoch nur symptomatisch und vorbeugend gegen Komplikationen behandelt.