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Zwillings-Genom: Der kleine Unterschied

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Feine Unterschiede: Eineiige Zwillinge müssen genetisch nicht hundertprozentig identisch sein Zur Großansicht
Corbis

Feine Unterschiede: Eineiige Zwillinge müssen genetisch nicht hundertprozentig identisch sein

Im Prinzip ist das Genom von eineiigen Zwillingen identisch. Das kann etwa bei einem Vaterschaftstest ein echtes Problem darstellen. Doch eine aufwendige Forscherarbeit zeigt jetzt: Ein paar Unterschiede finden sich doch.

Von wem stammt die Spur am Tatort? Wer ist wirklich der Vater des Kindes? Falls unter den Gesuchten ein eineiiger Zwilling ist, wird die Angelegenheit kompliziert. Denn herkömmliche Tests können keine eindeutige Antwort geben, mit ihnen lassen sich keine Unterschiede zwischen den Geschwistern feststellen. Aus diesem Grund konnten sich beispielsweise zwei Verdächtige beim KaDeWe-Millionenraub glücklich schätzen: DNA-Spuren an einem Handschuh konnten keinem der eineiigen Zwillinge zweifelsfrei zugeordnet werden.

Theoretisch sollte es aber möglich sein, Zwillinge per DNA-Analyse zu unterscheiden, rechneten Forscher um Michael Krawczak von der Universität Kiel im vergangenen Jahr vor. In mindestens 83 Prozent der Fälle müsste sich demnach mindestens eine Mutation finden, die einer der Zwillinge und seine Nachkommen tragen - der andere Zwilling jedoch nicht. "Der Anstoß für das Gedankenexperiment war ein damals in Deutschland anhängiger Vaterschaftsprozess, bei dem der mutmaßliche Vater einen eineiigen Zwilling hatte", sagt Krawczak. "Solche Streitfälle konnten bislang mit naturwissenschaftlichen Methoden nicht gelöst werden."

Die seltenen Unterschiede im Zwillingserbgut beruhen auf Mutationen, die in einer entscheidenden Phase entstehen: Nämlich wenn beide Zwillinge im Mutterleib gerade beginnen, sich getrennt zu entwickeln - zu diesem Zeitpunkt bestehen beide Embryonen zusammen meist erst aus 16 bis 150 Zellen. Genetischen Veränderungen, die dort ihren Ursprung haben, können dann im Gewebe sowie in den Keimzellen eines Zwillings vorzufinden sein - und damit auch vererbt werden -, während der andere sie nicht besitzt.

Eine Forschergruppe des Unternehmens Eurofins Genomics aus Ebersberg hat jetzt nachgewiesen, dass die genetische Unterscheidung eineiiger Zwillinge tatsächlich in der Praxis möglich ist. Im Fachmagazin "Forensic Science International: Genetics" berichten Burkhard Rolf und seine Kollegen von dem aufwendigen Experiment. "Es freut mich, dass unsere Vorhersage jetzt empirisch belegt wurde", sagt Krawczak.

Vater, Mutter, Kind und Zwillingsonkel

Eine Familie samt Zwillingsonkel machte den Versuch möglich. Mutter, Kind, Vater und Onkel spendeten jeweils etwas Blut. Von den Zwillingen wurden zusätzlich noch Proben aus der Mundschleimhaut sowie Sperma analysiert.

Bei einem gewöhnlichen Vaterschaftstest vergleichen Forscher nur einige Genorte. Das reicht bei eineiigen Zwillingen natürlich nicht aus, um einen der beiden als Vater zu identifizieren.

Eurofins sequenzierte das komplette Erbgut beider Zwillinge sowie des Kindes. Die Forscher entdeckten dabei fünf sogenannte Punktmutationen, die bei Kind und Vater vorlagen, aber nicht beim Onkel (oder bei der Mutter). Diese waren größtenteils nicht nur in den Spermaproben, sondern auch im Schleimhautabstrich des Vaters zu finden.

Das Forscherteam, dem nicht mitgeteilt wurde, welcher Zwilling der Vater ist, konnte die Frage tatsächlich nach Abschluss der Analysen korrekt beantworten.

Nach Angaben von Eurofins Genomics hat der wissenschaftliche Teil der Arbeit etwa sechs Wochen in Anspruch genommen, wobei etwa drei Wochen davon auf die Sequenzierung der Genome entfielen. Auch der folgende Bioinformatik-Aufwand war hoch. Ein Aspekt sei allein die Speicherung und Analyse der Rohdaten, schreiben die Forscher. Sie hätten mit circa 3,8 Terabyte an Daten gearbeitet. Die Kosten des Experiments lagen im fünf- bis sechsstelligen Bereich.

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1.
lance-vance 17.12.2013
Das sich eineiige Zwillinge genetisch unterscheiden, ist nicht wirklich neu. Alleine durch die Mutationen, die durch Umwelteinflüsse entstehen, sollten, vorausgesetzt einer vollständigen Analyse, die laut Artikel wohl bei Vaterschaftstests nicht immer durchgeführt wird, schon zur eindeutigen Identifikation ausreichen.
2. Wer soll das bezahlen!?
Emmi 17.12.2013
Zitat von lance-vanceDas sich eineiige Zwillinge genetisch unterscheiden, ist nicht wirklich neu. Alleine durch die Mutationen, die durch Umwelteinflüsse entstehen, sollten, vorausgesetzt einer vollständigen Analyse, die laut Artikel wohl bei Vaterschaftstests nicht immer durchgeführt wird, schon zur eindeutigen Identifikation ausreichen.
Eine vollständige Genomanalyse wird bei einem Vaterschaftstest nie durchgeführt werden, denn die Kosten (siehe Artikel: sechsstellig) wäre wohl kein Vaterschaftskandidat bereit, zu tragen...
3.
schinge 17.12.2013
Zitat von lance-vanceDas sich eineiige Zwillinge genetisch unterscheiden, ist nicht wirklich neu. Alleine durch die Mutationen, die durch Umwelteinflüsse entstehen, sollten, vorausgesetzt einer vollständigen Analyse, die laut Artikel wohl bei Vaterschaftstests nicht immer durchgeführt wird, schon zur eindeutigen Identifikation ausreichen.
Wenn die Mutation aber nicht in allen Geweben vorhanden ist (dazu müsste die gleiche Mutation in ALLEN Zellen des einen Embryos auftreten - und nicht im anderen Zwillingsembryo), kann man sie auch nicht unbedingt einfach nachweisen. Es kann also z.B. sein, daß eine Mutation in Hautzellen nachgewiesen wird, die bei den Keimbahnzellen (Spermien) nicht vorhanden ist. Diese spezifische Mutation kann dann auch nicht an die Nachkommen vererbt werden. Zusätzlich hat man auch noch das problem, dass ein Nachkomme nur die Hälfte des jeweiligen Genoms abbekommt - das könnte auch gerade die nichtmutierte Hälfte sein.
4. @lance-vance
der.tommy 17.12.2013
genetische mutationen aufgrund von umwelteinfluessen treten wohl eher selten bei embryonen mit 150 zellen im mutterleib aus. ueber die geringe ausdehnung des embryos koennen wohl alle umweltfaktoren als hinreichend konstant angesehen werden. mithin beeinflussen umwelteinfluesse zumeist nicht das genom einer jeden zelle des menschlichen koerpers, sondern in den meisten faellen nur die aktivierung bestimmter gene, was keine unterscheidbarkeit entsprechender bestandteile der dna unterschiedlicher personen impliziert
5. Nicht so teuer...
wdiwdi 17.12.2013
Zitat von EmmiEine vollständige Genomanalyse wird bei einem Vaterschaftstest nie durchgeführt werden, denn die Kosten (siehe Artikel: sechsstellig) wäre wohl kein Vaterschaftskandidat bereit, zu tragen...
Das wird derzeit rasant billiger. Das '1000-Dollar-Vollgenom' steht vor der Tür. Schon im Artikel war nur von '5-6 stelligen' Kosten die Rede - und das für 3 komplette und 1 partielles Genom(e), und mit den Kosten für Entwicklung neuer Prozeduren - es hat bestimmt nicht alles auf Anhieb geklappt. Für ein Millionenverbrechen wie der KaDeWe-Raub wäre übrigens auch die Ausgabe einer 6-stellige Summe zur Aufklärung gerechtfertigt.
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Entwicklungsformen von Zwillingen
Eineiig (monozygot)

Für Wissenschaftler sind eineiige Paare besonders deshalb interessant, weil sie einen Einblick erlauben, auf welche Art die Gene den Menschen prägen und wie stark Umgebung, Erziehung, Ernährung und Erfahrungen seine Entwicklung beeinflussen.

Monozygote Zwillinge kommen mit einer konstanten Wahrscheinlichkeit von 4:1000 zur Welt. Vor der Einnistung in die Gebärmutter teilen sich bei eineiigen Zwillingen 70 Prozent der befruchteten Eizellen so, dass zwei Embryos mit jeweils eigener Nabelschnur und Fruchtblase und eigenem Mutterkuchen entstehen.

In fast jedem dritten Fall aber haben die entstandenen Embryonen zwar eigene Eihäute, teilen sich aber einen Mutterkuchen. Gibt es dann in der Plazenta Querverbindungen zwischen den Gefäßen, besteht die Gefahr des sogenannten fetofetalen Transfusionssyndroms: Der eine Zwilling bekommt zu viel Blut, der andere zu wenig. Diese Kinder haben noch eine Überlebenschance, wenn bei einem vorgeburtlichen Eingriff Fruchtwasser abgelassen wird, Gefäße mit Laser verödet werden oder die Schwangerschaft frühzeitig beendet wird.

Zweieiig (dizygot)
Zweieiige Zwillinge entstehen, wenn die Mutter in einem Zyklus zwei Eisprünge hat und beide Eizellen von je einem Spermium befruchtet werden. Diese dizygoten Kinder sind sich nicht ähnlicher als andere Geschwister, sie teilen sich etwa die Hälfte ihres Erbguts. In sehr seltenen Fällen können die Kinder sogar zwei verschiedene Väter haben, wenn die Mutter innerhalb der fruchtbaren Zeit mit zwei Männern Sex hatte - die Wissenschaft spricht dann von Stiefzwillingen. Zweieiige Zwillinge kommen familiär gehäuft vor, vermutlich handelt es sich um einen autosomal dominanten Erbgang, der über die Mutter vererbt wird.
Siamesische Zwillinge
Teilt sich ein Embryo erst zwei Wochen nach der Befruchtung der Eizelle, können sich die Erbanlagen nicht mehr komplett teilen - die Embryos bleiben miteinander verbunden. Die fehlerhafte Verbindung kann Haut, Knochen und Muskeln betreffen, die entstehenden Kinder können sich aber auch Organe teilen. Sind die Zwillinge überlebensfähig, können sie in Abhängigkeit davon, wie sie miteinander verbunden sind, nach der Geburt chirurgisch getrennt werden - mit teilweise erheblichen Risiken. Früher traten siamesische Zwillinge mitunter als Jahrmarktattraktion auf, wie etwa die Schauspielerinnen Daisy und Violet Hilton, die im 20. Jahrhundert zunächst von ihrer Adoptivfamilie zur Schau gestellt wurden und später auf eigene Initiative öffentlich auftraten.

Das Erbgut
Genom
Das Genom bezeichnet das gesamte Erbgut eines Organismus. Außer bei einigen Viren besteht es immer aus DNA (Desoxyribonukleinsäure). Das Genom beinhaltet den Bauplan für die Produktion sämtlicher Proteine (Eiweißmoleküle), die ein Organismus zum Leben benötigt. Ein Gen ist ein Sequenzabschnitt auf dem Genom und beinhaltet die Erbinformation für ein Protein. Die einzelnen Bausteine der DNA sind vier verschiedene Basen: A, C, T und G.
Messenger-RNA (mRNA)
Die mRNA ist eine Art Genabschrift oder Blaupause der DNA. Nur die mRNA kann von den Proteinfabriken der Zellen, den sogenannten Ribosomen gelesen werden. Sie gibt ihnen vor, in welcher Reihenfolge Aminosäuren - die Bausteine von Proteinen - für das jeweilige Protein zu verknüpfen sind.
Codon
Ein Codon ist eine Folge von drei Bausteinen (Nukleotiden oder Basen) der DNA und analog auch der mRNA. Ein Codon steht für eine bestimmte Aminosäure oder als Stoppsignal, welches das Ende einer Bauanweisung für ein Protein kennzeichnet.
Genetischer Code
Der genetische Code ist die Zuordnung der Basen-Dreiergruppen und der Aminosäuren. Da vier verschiedene Basen zur Auswahl stehen, umfasst der genetische Code insgesamt 64 Codons. Für die meisten Aminosäuren gibt es daher mehr als ein Codon. So stehen beispielsweise die Codons CAG und CAA für die gleiche Aminosäure, die Glutaminsäure.
Transfer-RNA (tRNA)
Die tRNAs übernehmen eine Adapterfunktion beim Bau der Proteine: Jede tRNA hat auf der einen Seite jeweils ein sogenanntes Anticodon, das passend zum Codon auf der mRNA ist. Auf der anderen Seite ist sie mit der zugehörigen Aminosäure beladen. Auf diese Weise wird der genetische Code auf der mRNA abgelesen und in die entsprechende Aminosäurekette zum Protein verwandelt. Dieser Prozess geschieht in den Ribosomen.

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