Gain-of-Function-Mutationen?

Zunächst zur Klärung der Begriff:

Mutationen sind generell Änderungen des Genotyps (also der DNA). Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Möglichkeiten von Mutationen, z.B. Punktmutationen, Verlust von ganzen DNA-Abschnitten, oder Einfügen von neuen Abschnitten. "Komplett mutieren" macht in diesem Zusammenhang überhaupt keinen Sinn. Was meinst Du damit?

Eine Mutation kann verschiedene Auswirkungen haben. Sie kann zum Entstehen oder Verlust einer bestimmten Funktion führen, oder einfach eine bestehende Funktion leicht verändern (zum positiven oder negativen, aus Sicht der betroffenen Funktion). Was Du mit "Gain-of-Function" meinst, bezeichnet die Entstehung einer neuen Funktion.

Der einfachste Weg zu neuen Funktionen in einem Organismus ist die Aufnahme von fremder DNA mit bestimmten Genen. Bakterien können Fremd-DNA aufnehmen und damit z.B. Gene für Antibiotikaresistenz - also eine neue Funktion erhalten.

Die Entstehung komplett neuer Funktionen durch Veränderung eines Gens ist viel seltener. Eine Umwandlung ganzer Organe, z.B. von Reptilienbeinen zu Vogelflügeln geschieht nicht durch eine einzelne Mutation. Vielmehr passt sich das Organ über etliche Zwischenstufen langsam an eine neue, vorteilhaftere Form an.

Ein gutes Beispiel für gain-of-function Mutiationen sind wohl Antibiotikaresistenzen, die nicht nur, wie mein Vorredner sagte, duch DNA-Transfer zustande kommen können.

Setzt man eine Bakterienkultur einer normalerweise tötlichen Dosis Antibiotika aus, kann man fast immer beobachten, dass einige überleben.

Verschiedene Antibiotika wirken sich ja unterschiedlich auf Bakterien aus, z.B. auf die Ribosomen, den Stoffwechsel oder die Zellwandsynthese.

Letztere wird z.B. durch das wohl berühmteste Antibiotikum Penicillin gestört, indem es das bakterielle Enzym bindet, dass normalerweise die einzelnen Bestandteile der Zellwand miteinander vernetzt. Wenn das Bakterium wächst und sich teilt, wird die Zellwand also "löchrig" weil das Enzym durch die Bindung an Penicillin nicht mehr arbeiten kann.

Bei Milliarden von Bakterien die sich in kurzen Abständen immer wieder teilen, passieren auch hin und wieder Fehler in der Verdopplung der DNA und bei der relativ geringen Genomgröße ist es auch gar nicht so unwahrscheinlich, dass die Mutation genau das Gen betrifft, das für dieses Enzym codiert.

Eine kleine Veränderung des Enzyms an der richtigen Stelle kann dann dazu führen, dass das Penicillin nicht mehr binden kann, die Zellwand kann nicht mehr zerstört werden, das Bakterium wird resistent, fertig ist die gain-of-function Mutation.

Übrigens ist das angesichts der heute großen Zahl Penicillin-resistenter Bakterienstämme auch ein gutes Beispiel für die Evolution durch Mutation und Selektion.

Ein menschliches Beispiel für eine gain-of-function Mutation ist die Laktosetoleranz. Der größte Teil der Menschheit verträgt im Erwachsenenalter keine Milch mehr, aber durch eine Mutation im verantwortlichen Enzym (Lactase) sind die meisten Kaukasier in der Lage ohne gesundheitliche Probleme Milch zu vertragen. Bei Asiaten und Afrikanern beispielsweise ist das in der Regel aber nicht der Fall.

Derartiges kommt aber in der Regel nur bei Punktmutationen vor, da andere Mutationen das Genom zu stark verändern. Es kodieren ja immer 3 Basenpaare eine Aminosäure, und wenn durch eine Mutation eine davon wegfällt, verschiebt sich der ganze Leserahmen,. Das kann man gut durch folgenden Satz erklären:

"ich mag ein Eis". Stell dir vor der erste Buchstabe fällt weg (Mutation), aber der Satz (die DNA) wird nach wie vor in Dreier-Schritten gelesen. Dann lautet der Satz "chm age ine is", die Wörter (Aminosäuren) geben keinen Sinn mehr.

Derartige Mutationen betreffen also auch alle nachfolgenden DNA Abschnitte, die Veränderungen sind zu groß und es kommt nichts sinnvolles mehr dabei heraus.

Eine Punktmuation, bei der kein "Buchstabe" wegfällt oder dazu kommt sondern nur ausgetauscht wird, verändert nur ein einziges Wort und nicht den ganzen Satz.

Was genau du damit meinst das komplette Genom zu mutieren weiß ich nicht ganz genau.

Aber es könnte dich vielleicht interessieren, einmal nach "Craig Venter" zu googlen, übrigens der erste Mensch, dessen Genom komplett entschlüsselt wurde.

Dem Biochemiker ist es gelungen, die DNA eines Bakteriums komplett syntethisch nachzubauen und hat damit bewiesen, dass so etwas möglich ist. Allerdings funktioniert es bisher nicht, die DNA in eine Zelle einzuschleusen, sodass sie sich von selbst replizieren kann.

Hier wurde kein komplett neues Genom "erfunden" sondern das eines Bakteriums künstlich nachgebaut, aber theoretisch zeigen diese Versuche, dass es prinzipiell irgendwann möglich sein könnte, auch ein komplett neues Erbgut herzustellen.

Gain-of-function-Mutationen sind nicht nur bei Einzellern möglich. Bei uns z.B. unterscheidet man zwischen somatischen Mutationen, die einzelne Körperzellen betreffen, und Keimbahnmutationen die Spermien und Eizellen betreffen und so auch dirket an den Nachwuchs weiter vererbt werden.