Genetica: Samenvatting
1. Historie en impact van de genetica
1.1Historie
Reeds 8000 voor Christus werden er experimenten gedaan waarmee men kruisten met dieren en planten. Rond
6000 voor Christus maakte men grottekeningen van paarden met hun erfelijke kenmerken en omstreek 600
voor Christus begon men met assyrisch kruisbestuiven. De eerste personen die nadachten over het mechanisme
achter erfelijkheid waren Hippocrates en Aristoteles.
In de 17e eeuw vervolgens volgde het preformatie (voorgevormd individu) idee en in de 19e eeuw dan de
evolutietheorie.
Gregor Mendel was met zijn experimenten rond 1866 de grondlegger van de hedendaagse genetica. Het begrip
chromosoom kwam in 1888 om de hoek kijken en in 1909 het begrip gen.
in 1953 ontrafelden Watson en Crick het DNA, in 1956 het karyotype en in 1959 was de eerste beschrijving van
chromosoomfouten.
De genetica is reeds zeer oud, alhoewel de theoretische inzichten relatief recent verworven zijn. De
enorme evolutie in de laatste decennia van onze kennis over hoe die overerving te verklaren is, heeft
steeds belangrijke invloed gehad op verschillende aspecten van de maatschappij.
1.2 Impact van de genetica
Sociologisch: Het fenomeen eugenetica: men trachtte de genetische kennis te gebruiken om het
menselijk ras te verbeteren. Gedwongen sterilisaties en verschillende wetgevingen via de
maatschappelijke beweging van Francis Galton.
Landbouw en veeteelt: Door rasverbetering stijgt de resistentie en opbreng van gewassen.
Tegenwoordig zijn zelfs de GGO's in opkomst.
Rechtswezen: DNA testen kunnen schuld of onschuld bewijzen.
Farmacologie: Geneesmiddelenproductie via recombinant DNA technologie (bacteriën die insuline
produceren) en in de toekomst waarschijnlijk zelfs gepersonaliseerde medicijnen.
Geneeskunde: Genetisch materiaal is in alle weefsels aanwezig, dus spreekt de genetica
verschillende takken aan van de geneeskunde.
Diergeneeskunde: De sequentiebepaling van meerdere species is volop bezig en in 2014 heeft men
meer dan 4400 genomen afgewerkt. Men onderzoekt pseudogenisatie en genvarianten, evenals
gelijkenis met de mens.
De geschiedenis van domesticatie en bijbehorende selectie geeft ons belangrijke inzichten in
genoomevolutie.
- Victor McKusick is de bekendste geneticus. Hij stelde een inventaris op met alle erfelijke
aandoeningen en genen die hierbij betrokken en geïdentificeerd zijn. Dit is het Online Mendelian Hoofdstuk: 1. Historie en impact van de genetica
Inheritance in Man (OMIM).
- Genetica kan belangrijk zijn in monogene ziektebeelden, die veroorzaakt worden door mutatie in
een enkel gen, maar ook in multifactoriële ziekten, veroorzaakt door meerdere genen en
omgevingsfactoren. De genetische factoren zijn dan heribaliteit.
- Deze geeft de erfelijkheid van een ziekte aan en is vooral gebaseerd op tweelingstudies. De
concordantie omschrijft hoevaak beide tweelingen een ziekte hebben. Monozygote tweelingen
hebben een veel hogere concordantie, wat erop wijst dat die ziektes genetische factoren hebben.
- In 1991 startte men met het grootste biologische project ooit: het Humane Genome Project. Het
doel was om de sequentie van 3 miljard basen te ontcijferen, waarna deze vrij toegankelijk moesten
worden vastgelegd in een database. Een aantal toonaangevende multinationals wilden als eerste het
genome ontrafelen, zodat zij de database konden verkopen aan farmaceutische firma's.
In 2003 werd het project dan versneld voltooid en waren de 23.000 genen ontrafeld en zo ondervond
men dat bijvoorbeeld gedragsmanieren erfelijk zijn.
1
,1.3 Erfelijke factoren en omgevingsfactoren
Men vermoedde dat mutaties in bepaalde genen de oorzaak waren van abnormaal gedrag. Dit kon
bevestigd worden door onderzoek bij proefdieren: muteerde hetzelfde gen, dan gingen de dieren
hetzelfde abnormale gedrag vertonen.
Hoe is de interactie tussen erfelijke factoren en omgeving?
Het genotype is de genetische samenstelling van een dier, plant of persoon.
Het fenotype is de zichtbare uiting hiervan, bepaald door het genotype en de omgevingsinteractie.
Via genetische drift verandert onze genetica, wat zorgt voor langzame aanpassingen over generaties.
De dieren die zich niet aanpassen sterven uit.
De natuur kan echter zeer flexibel zijn.
Pseudogenisatie is het verliezen van bepaalde genen of hun functie, indien ze niet meer belangrijk
zijn. De mens bijvoorbeeld heeft veel inactieve olfactorische genen. Ook kunnen genen voor vleugels,
geslacht, verdedigingsmechanismen actief of inactief zijn, afhankelijk van omgeving.
Genetische mutaties kunnen soms ook voordeel opleveren: patiënten met sikkelcelanemie zijn beter
beschermd tegen malaria, omdat de parasiet niet kan overleven in dit bloedmilieu.
2. Mendel
2.1 Algemeen
Gregor Mendel deed kruisingsproeven met planten. Deze intraspecies kruisingen waren heel
betrouwbaar omdat hij gebruik maakte van:
- Grote aantallen en zuivere rassen
- Variabele, stabiele, onderscheidbare kenmerken
- Kruisbestuivingen en vruchtbare nakomelingen
2.2 Experimenten
Mendel gebruikte monohybride kruisingen waarbij 1 kenmerk werd bekeken. De originele parentale
planten zijn de F1 en de resulterende planten zijn de F1. De conclusies zijn:
1. Resultaten van wederkerende kruisingen zijn gelijk.
2. De planten van de F1 generatie zijn allemaal identiek
en gelijk aan de parentale stammen.
3. Na zelfbestuiving van de F1 kan men de beide
parentale stammen terugvinden in de verhouding 3:1.
DIt is dus bij kruising van een homozygoot dominante
ouder met een homozygoot recessieve ouder.
Medel stelde een aantal bevindingen op:
1) Erfelijke kenmerken worden bepaald door factoren die in paren voorkomen
2) Er kunnen verschillende factoren voorkomen: de allelen
3) Bij vorming van gameten splitsen de allelen, bij bevruchting versmelten ze weer
4) Er is een dominant kenmerk en een recessief kenmerk, de combinatie bepaald welk van de
kenmerken er tot uiting komt bij het organisme: alle generatieplanten identiek
Hoofdstuk: 2. Mendel
5) Door de veranderde F1 krijgen we in de F2 een 3:1 verhouding.
Deze bevindingen kunnen allemaal ondersteund worden door het opstellen van een
kruisingsschema.
Mendel's eerste wet: Allelen splitsen en segregeren willekeurig.
2
,Kenmerken worden dus veroorzaakt door factoren of allelen. (Z)
Een van de factoren blijven behouden en vormen samen met de factor van de andere ouder het
genotype. (Zz)
Deze zal tot uiting komen als het fenotype. (Zwartbont)
Een individu met twee dezelfde allelen is homozygoot (ZZ) en twee verschillende is heterozygoot
(Zz).
Testkruisingen
Organismen met dominante kenmerken kunnen wel het recessieve allel hebben. Om dit snel uit te
zoeken kun je een testkruising uitvoeren. De verhouding van de F1 generatie vertelt je wat de
allelfrequentie is van de ouders. Zijn de ouders beiden homozygoot, dan zal de F1 geheel
heterozygoot zijn en zijn er dus geen nakomelingen met recessieve kenmerken.
Er wordt altijd gekruisd met een homozygoot recessief dier.
2.1 Dihybride kruisingen
Bij een dihybride kruisingen worden ouderparen die verschillen in twee kenmerken gekruist. Hierbij:
- zullen de F1 weer allemaal hetzelfde fenotype hebben
- zullen bij de F2 vier verschillende fenotypes worden waargenomen in verhouding 9:3:3:1
De kenmerken moeten dus wek onafhankelijk overerven, waardoor je de dihybride kruising kan
opsplitsen in twee gelijktijdige monohybride kruisingen.
Mendel's tweede wet: Paren van allelen segregeren onafhankelijk.
Voor meer oefeningen, zie de cursus: II pagina 9.
Basisprincipes kansberekening:
- Bij onafhankelijke gebeurtenissen: kans dat meerdere gebeuren is de vermenigvuldiging van de
specifieke kansen (P1 x P2 x P3).
2.2 Afwijkingen op de wetten van Mendel
Er zijn een aantal afwijkingen, die niet beschreven kunnen worden met de wetten van Mendel:
1. Codominantie: beide allelen komen tot uiting in het fenotype, zoals bloedgroepen.
2. Onvolledige of partiële dominantie: heterozygoten vertonen een intermediair fenotype met een
genotypeverhouding die gelijk wordt aan de fenotypeverhouding (1:2:1).
3. Letale genen: er zijn allelen die letaal zijn als ze als homozygoot voorkomen, zoals de witkleur bij
paarden.
Hoofdstuk: 2. Mendel
4. Multiple allelie: er komen meer dan 2 allelen voor die onderling dominant zijn over elkaar of
codominant zijn: haarpigmenten bij katten of AB0 bloedgroep.
5. Penetrantie: ondanks de aanwezigheid van genetisch profiel, komt het genotype toch niet tot
uiting, dit komt bij erfelijke ziektes voor.
6. Pleiotropie: een gen beïnvloed meer dan een kenmerk, zonder dat daarbij een verband lijkt te
bestaan, zoals fenylketonurie: gedragstoornissen met specifieke blonde haren.
3
, 7. Epistasie: het efect van het ene gen of allel kan de werking van het andere allel tenietdoen. Dit
gen is epistatisch over het hypostatische gen. Er zijn verschillende vormen:
- Dominane epistasie: Gen Z is dominant, gen S is dominant epistatisch over gen s.
ZS, Zs geeft zwart, Ss geeft zilver en ss geeft goud. 12:3:1
- Wederkerige dominante epistasie: de aanwezigheid van een allel van een gen, belet de expressie
van allelen van andere genen.
Gen A of B verhindert pigmentatie bij kippen: alle kippen zijn wit tenzij ze aabb als genotype hebben.
- Revessieve epistasie: cryptomerie: als een gen homozygoot recessief aanwezig is kan het en niet
tot uiting komen.
ZzCc geeft zwart, zzCC geeft wildkleur, ZZcc geeft wit (zwart gen komt niet tot uiting). 9:3:4
- Wederkerige recessieve epistasie: het recessieve allel van gen A gaat epistatisch werken over het
dominante allel van gen B. Er zijn bijvoorbeeld 2 bepaalde dominante allelen nodig om tot de uiting
te komen.
PPcc (wit) en ppCC (wit) geeft PpCc (paars). 9:7
3. Chromosomen, mitose en meiose
3.1 structuur van chromosomen
De nucleus wordt afgeschermd door de nucleaire
enveloppe.
Hierbinnen liggen de chromosomen: die bestaan uit
chromatine. De chromatine bestaat uit nucleosomen.
De nucleosomen bestaan weer uit negatief geladen DNA
in een dubbele helix, welke bindt aan positief geladen
histonen.
Bij celdeling gaan de nucleosomen condenseren, ze kruipen dichter bij elkaar en de chromatinevezels
verstrengelen: er worden chromatiden gevormd, zo wordt de chromosoomstructuur het best
zichtbaar.
3.2 mitose
De mitose is het mechanisme dat er bij celdeling voor zorgt dat er twee (genetisch) identieke
dochtercellen ontstaan met twee sets chromosomen (diploïd).
Eerst is er de karyokinese, waarbij genetisch materiaal wordt gekopieerd en verdeeld, daarna volgt
de cytokinese waarbij het cytoplasma wordt verdeeld.
Interfase
Hoofdstuk: 3. Chromosomen, mitose en meiose
Na de celdeling komt de cel in interfase, welke weer een aantal stadia bevat:
G1: direct na mitose.
G0: optioneel. Dit is een rustfase waarin de cel kan verkeren.
S: na de G1 gaat de cel de S fase in, waar DNA zal gerepliceerd worden.
G2: de cel maakt zich klaar om mitose te starten: het celvolume wordt verdubbeld en het DNA wordt
gerepliceerd.
De eigenlijke mitose start dan (ProPMAT):
1. Profase: condensatie chromosomen,
centriolen vermeerderen microtubuli activiteit
2. Prometafase: condensatie chromosomen,
afbraak van de nucleaire enveloppe,
centriolen trekken naar de polen,
microtubuli (centriolen) binden chromosomen
3. Metafase: aligneren van chromosomen,
chromosomen zijn sterk gecondenseerd,
4
