Unser Blog ist stets bemüht, informativ und zugänglich zu sein, und wir schreiben ihn mit dem Ziel, ihn für jeden Leser einfach und verständlich zu gestalten. Bei dieser Gelegenheit haben wir uns erlaubt, etwas technischer zu sein, um bestimmte Grundlagen der genetischen Abstammung zu erklären. Aber Sie müssen nicht jedes Wort oder jede Aussage im Detail verstehen. Wir sind sicher, dass Sie am Ende der Lektüre dieses Beitrags die wichtigsten Konzepte kennen, die es Ihnen ermöglichen, besser zu verstehen, was hinter der Erstellung einer personalisierten Ahnenstudie von 24Genetics steht.
Was ist genetische Vererbung?
Um den Umfang von Abstammungstests und die dahinter stehende Wissenschaft zu verstehen, ist es notwendig zu erklären, wie genetisches Material organisiert ist und wie die Vererbung funktioniert.
Wie ist das genetische Material organisiert?
Das genetische Material ist die chemische Basis, in der alle für die Produktion und Regulierung von Proteinen notwendigen Informationen gespeichert sind. Es bestimmt das Schicksal unserer Zellen und die Informationen, die uns als Individuen definieren. Das genetische Material praktisch aller bekannten Organismen, mit Ausnahme bestimmter Viren, ist in Form von DNA (Desoxyribonukleinsäure) organisiert.
Der gesamte DNA-Inhalt eines Organismus wird als Genom bezeichnet. Das menschliche Genom kann in ein Kerngenom und ein mitochondriales Genom unterteilt werden.
Das Kerngenom besteht aus 23 Chromosomenpaaren, die zusammen Informationen über etwa 20 000 Gene enthalten, die mehr als 3 Milliarden Nukleotide umfassen. Es ist bemerkenswert, dass von diesen mehr als 3 Milliarden Nukleotiden, aus denen das menschliche Genom besteht, die Variabilität zwischen Individuen nur 0,1 % der Positionen ausmacht. Diese 23 Chromosomenpaare gliedern sich in 22 Paare autosomaler Chromosomen (oder Autosomen) und 1 Paar Geschlechtschromosomen, XX für biologische Männer und XY für biologische Frauen.
Das mitochondriale Genom hingegen besteht aus einer einzigen kreisförmigen Kette, deren Vererbung ausschließlich mütterlicherseits erfolgt.
Wir können das Genom als eine Sammlung von Enzyklopädien verstehen, die alle Informationen enthalten, die ein Mensch für sein Wachstum und seine Entwicklung benötigt. Diese Enzyklopädie besteht aus 23 Bänden, die jeweils für ein Chromosomenpaar stehen und in denen die Gene zu lesen sind, die wir uns als Wörter dieser Enzyklopädie vorstellen könnten. Diese Wörter bestehen wiederum aus Buchstaben, die im Fall der Gene den vier Nukleotiden entsprechen, aus denen die DNA besteht: Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin. Für jede der Positionen gibt es zwei mögliche Buchstaben (zwei mögliche Nukleotide), die die Allele darstellen.
Abbildung 1. Darstellung des menschlichen Erbguts.
Genetische Vererbung kann als Merkmale definiert werden, die von den Eltern auf die Nachkommen vererbt werden. Die übertragbaren Merkmale sind diejenigen, die in den Genen fixiert sind und den Genotyp ausmachen, während die Ausprägung dieser Merkmale den Phänotyp ausmacht. Es ist wichtig zu bedenken, dass der Phänotyp in vielen Fällen nicht nur durch den Genotyp bestimmt wird, sondern auch durch Umweltfaktoren beeinflusst wird (1). Eine einfache Analogie zum besseren Verständnis: Bei einem Gemälde besteht der Genotyp aus der Leinwand, der Art der Pigmente, den Farben, dem Pinsel, dem Strich usw., und der Phänotyp ist das Bild, das wir sehen.
Der Begriff genetische Variabilität bezieht sich auf Unterschiede in der DNA-Sequenz zwischen Individuen oder Populationen, die, wie bereits erwähnt, auf 0,1 % des menschlichen Genoms beschränkt ist. Die Hauptquellen der Variabilität sind Mutationen und genetische Rekombination.
Was sind Mutationen?
Mutationen sind dauerhafte und vererbbare Veränderungen in der DNA-Sequenz. De novo-Mutationen entstehen, wenn bei der DNA-Replikation ein Fehler auftritt, der nicht durch Reparaturenzyme korrigiert wird. Mit anderen Worten: Es handelt sich hauptsächlich um Fehler, die keine bekannte oder begründete Ursache haben und zu einer genetischen Veränderung führen. Je nach den Folgen für den Organismus werden Mutationen in die folgenden Typen eingeteilt:
- Schädlich: schädlich für den Organismus, wodurch die Fortpflanzungsfähigkeit, d. h. die Wahrscheinlichkeit, dass Nachkommen hinterlassen werden, verringert wird.
- Nützlich: Verleiht einen adaptiven Vorteil, der die Fortpflanzungsfähigkeit erhöht.
- Neutral (2).
Die meisten Mutationen, die im Genom auftreten und an die Nachkommen weitergegeben werden, sind vorteilhaft oder neutral, da sie sich nicht negativ auf die Lebensfähigkeit der Organismen auswirken.
Was ist genetische Rekombination?
Genetische Rekombination ist der Prozess, bei dem homologe Chromosomen oder Chromosomensegmente brechen und sich zusammenschließen, was eine Neuanordnung der DNA-Sequenzen beinhaltet. Dieser Prozess findet während der Meiose statt, dem Zellteilungsprozess, der bei der sexuellen Fortpflanzung zur Bildung von männlichen (Spermien) und weiblichen (Eizellen) Keimzellen oder Geschlechtszellen führt.
Abbildung 2. Genetische Rekombination
Von den 23 Chromosomenpaaren, die jeder Mensch besitzt, hat jedes Paar ein Chromosom vom Vater und eines von der Mutter geerbt. Bei der Bildung der Keimzellen (Spermien und Eizellen) eines Individuums kommt es daher zu einer Rekombination zwischen den beiden Chromosomen der 23 Paare (homologe Chromosomen), woraufhin die 23 rekombinierten individuellen Chromosomen einen Teil jeder der Keimzellen bilden. Die nächste Generation erbt ein Chromosom von jedem Elternteil und hat somit eine einzigartige Kombination ihres eigenen genetischen Materials. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Es gibt chromosomale Positionen, technisch als Loci bezeichnet, von denen einige mögliche Varianten von Nukleotidsequenzen in einem Gen (Allele) aufweisen. Zu diesen Varianten gehören Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs), d. h. Einzelnukleotid-Variationen, die in mindestens 1 % der Bevölkerung vorkommen, und die Allelhäufigkeiten dieser Variationen wurden in verschiedenen Populationen beschrieben. Die Allelfrequenz ist definiert als der Anteil eines bestimmten Allels an allen möglichen Allelen an einer bestimmten Position in einer bestimmten Population (3).
Es sind die Unterschiede in den Allelhäufigkeiten zwischen den Populationen, die eine Berechnung der Abstammung ermöglichen.
Was ist Abstammung?
Abstammung ist ein sehr weit gefasster und schwer zu definierender Begriff, da er verschiedenen Auslegungen unterliegt. Im weitesten Sinne kann sie genetisch, geografisch, historisch oder kulturell bedingt sein.
Aus der Sicht der Genetik könnte man die Abstammung als die Untersuchung aller genetischen Informationen definieren, die wir von unseren Vorfahren geerbt haben, mit bestimmten Mutationen und genetischen Variationen, die es uns ermöglichen, unsere Herkunft zu definieren.
Populationen weisen eine genetische Variabilität auf, die sich aus den demografischen Ereignissen ergibt, an denen sie im Laufe der Menschheitsgeschichte beteiligt waren, wie z. B. Wanderungen und Vermischung mit anderen Populationen, Krankheiten mit hoher Sterblichkeitsrate, geografische Isolation usw. (4). Unsere Abstammung ist also das Ergebnis einer komplexen Vermischung von Populationen im Laufe der Zeit, vom Ursprung der menschlichen Spezies in Afrika vor etwa 300 000 Jahren bis zum heutigen Tag (5). Angesichts dieser Muster genetischer Variabilität ist es möglich, eine Analyse der genetischen Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen einem Individuum und verschiedenen Populationen auf der ganzen Welt durchzuführen, um auf die Abstammung zu schließen (6).
Wie werden Abstammungsberechnungen durchgeführt?
Es gibt drei Arten von Abstammungstests: autosomal, mitochondrial und Y-chromosomal. Wir werden uns auf autosomale Abstammungstests konzentrieren.
Bei autosomalen Abstammungstests werden die autosomalen Chromosomen analysiert, d. h. die Chromosomenpaare 1 bis 22, ohne das 23. Paar, bei dem es sich um Geschlechtschromosomen (XX oder XY) handelt. Diese 22 Chromosomenpaare werden von beiden Eltern vererbt und liefern somit gemeinsame Informationen über die mütterliche und väterliche Abstammung (7).
Wie bereits erwähnt, basieren Abstammungsanalysen auf der Suche nach Ähnlichkeiten zwischen der Probe eines bestimmten Individuums und einer Reihe verschiedener Proben, die das Referenzpanel oder die Datenbank bilden und deren Abstammung im Voraus bekannt ist. Um auf die Abstammung zu schließen, werden die SNPs zwischen den beiden verglichen, so dass die Wahrscheinlichkeit einer gemeinsamen Abstammung umso größer ist, je größer die Übereinstimmung zwischen der zu untersuchenden Probe und der Referenzprobe ist. Diese Ergebnisse spiegeln in gewisser Weise wider, mit welchen Populationen die genetische Information, die wir heute geerbt haben, verwandt ist, und somit auch, woher wir genetisch stammen.
Ahnenforschung bei 24Genetics
Bei 24Genetics bieten wir Ihnen Informationen über Ihre genetische Abstammung auf geografischer Ebene. Das heißt, wir ordnen Ihre genetische Herkunft den geografischen Regionen zu, in denen Ihre Vorfahren lebten oder mit denen sie engen Kontakt hatten (6). Unser Abstammungstest ist einer der umfassendsten auf dem Markt, mit einer Referenzdatenbank, die DNA von Menschen aus mehr als 1.500 Regionen enthält, weil ihre Vorfahren seit Generationen in einer Region gelebt haben. Unsere Informationen sind in 175 Ländern nach Staaten, Regionen oder sogar Provinzen geordnet, reichen 700 bis 900 Jahre zurück und können sogar genetische Signale von vor mehr als 2.000 Jahren erkennen.
Literaturverzeichnis
1. Fenotipo | NHGRI [Internet]. [cited 2022 Jun 20]. Available from: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Fenotipo
2. What is genetic variation | Human genetic variation [Internet]. [cited 2022 Jun 20]. Available from: https://www.ebi.ac.uk/training/online/courses/human-genetic-variation-introduction/what-is-genetic-variation/
3. Strachan T, Read AP. Human Molecular Genetics. Human Molecular Genetics. New York: Garland Science; 2018. 784 p.
4. Mathieson I, Scally A. What is ancestry? Flint J, editor. PLOS Genetics [Internet]. 2020 Mar 9 [cited 2020 Mar 23];16(3):e1008624. Available from: https://dx.plos.org/10.1371/journal.pgen.1008624
5. Jobling M, Hollox E, Hurles M, Kivisild T, Tyler-smith C. Human Evolutionary Genetics. New York (USA): Garland Science; 2013. 650 p.
6. Royal CD, Novembre J, Fullerton SM, Goldstein DB, Long JC, Bamshad MJ, et al. Inferring Genetic Ancestry: Opportunities, Challenges, and Implications. American Journal of Human Genetics [Internet]. 2010 May 5 [cited 2022 Jun 17];86(5):661. Available from: /pmc/articles/PMC2869013/
7. Templeton AR. Human Population Genetics and Genomics. Academic Press; 2019.
