Heterozygote vs. Homozygote Unterschiede

Wenn Sie über eine genetische Erkrankung gelesen haben, sind Sie vielleicht auf die Begriffe „homozygot“ oder „heterozygot“ gestossen? Aber was genau bedeuten diese Begriffe? Und was sind die praktischen Folgen, wenn man für ein bestimmtes Gen „homozygot“ oder „heterozygot“ ist?

Was ist ein Gen?

Bevor wir homozygot und heterozygot definieren, müssen wir zunächst über die Gene nachdenken. Jede Ihrer Zellen enthält sehr lange Abschnitte der DNA (Desoxyribonukleinsäure). Dies ist vererbtes Material, das Sie von jedem Ihrer Elternteile erhalten.

Die DNA besteht aus einer Reihe von Einzelbestandteilen, den so genannten Nukleotiden. Es gibt vier verschiedene Arten von Nukleotiden in der DNA:

• Adenin (A)
• Guanin (G)
• Cytosin (C)
• Thymin (T)

Im Inneren der Zelle findet sich die DNA in der Regel gebündelt in Chromosomen (in 23 verschiedenen Paaren).

Gene sind sehr spezifische DNA-Abschnitte mit einem bestimmten Zweck. Diese Segmente werden von anderen Maschinen innerhalb der Zelle verwendet, um spezifische Proteine herzustellen. Proteine sind die Bausteine, die in vielen kritischen Rollen im Körper verwendet werden, darunter strukturelle Unterstützung, Zellsignalisierung, Erleichterung chemischer Reaktionen und Transport.

Die Zelle stellt Proteine (aus ihren Bausteinen, den Aminosäuren) her, indem sie die Sequenz der Nukleotide in der DNA liest. Die Zelle benutzt eine Art Übersetzungssystem, um die Information in der DNA zu nutzen, um spezifische Proteine mit spezifischen Strukturen und Funktionen zu bauen.

Spezifische Gene im Körper erfüllen unterschiedliche Rollen. Zum Beispiel ist Hämoglobin ein komplexes Eiweißmolekül, das für den Transport von Sauerstoff im Blut zuständig ist. Mehrere verschiedene Gene (die sich in der DNA befinden) werden von der Zelle verwendet, um die für diesen Zweck benötigten spezifischen Proteinformen herzustellen.

Es gibt jedoch eine Ausnahme, die ein bestimmtes Chromosomenpaar, die so genannten Geschlechtschromosomen, betrifft. Aufgrund der Funktionsweise der Geschlechtschromosomen erben Männer nur eine einzige Kopie bestimmter Gene.

Variationen in Genen

Der genetische Code des Menschen ist recht ähnlich: Weit über 99 Prozent der Nukleotide, die Teil der Gene sind, sind bei allen Menschen gleich. Es gibt jedoch einige Variationen in der Sequenz der Nukleotide in bestimmten Genen.

So kann zum Beispiel eine Variation eines Gens mit der SequenzATTGCT

beginnen und eine andere Variation stattdessen mit ACTGCT. Diese verschiedenen Variationen von Genen werden Allele genannt.

Manchmal machen diese Variationen keinen Unterschied im Endprotein, manchmal aber doch. Sie können einen kleinen Unterschied im Protein verursachen, der es etwas anders arbeiten lässt.

Man sagt, dass eine Person homozygot für ein Gen ist, wenn sie zwei identische Kopien des Gens hat. In unserem Beispiel wären dies zwei Kopien der Version des Gens, die mit „ATTGCT

“ beginnt, oder zwei Kopien der Version, die mit „ACTGCT“ beginnt.

Heterozygot bedeutet nur, dass eine Person zwei verschiedene Versionen des Gens hat (eine von einem Elternteil geerbt, die andere vom anderen Elternteil). In unserem Beispiel hätte eine Heterozygote eine Version des Gens, die mit „ACTGCT“ beginnt, und auch eine andere Version des Gens, die mit „ATTGCT

“ beginnt.
Homozygot: Sie erben die gleiche Version des Gens von jedem Elternteil, so dass Sie zwei übereinstimmende Gene haben.

Heterozygot: Sie erben von jedem Elternteil eine andere Version eines Gens. Sie stimmen nicht überein.

Krankheitsmutationen

Viele dieser Mutationen sind keine große Sache und tragen einfach zur normalen menschlichen Variation bei. Andere spezifische Mutationen können jedoch zu menschlichen Erkrankungen führen. Davon ist oft die Rede, wenn von „homozygot“ und „heterozygot“ die Rede ist: eine bestimmte Art von Mutation, die eine Krankheit verursachen kann.

Ein Beispiel ist die Sichelzellenanämie. Bei der Sichelzellanämie liegt eine Mutation in einem einzigen Nukleotid vor, die eine Veränderung im Nukleotid eines Gens (genannt β-Globin-Gen) verursacht.

Dies verursacht eine wichtige Veränderung der Konfiguration des Hämoglobins. Aus diesem Grund beginnen die roten Blutkörperchen, die Hämoglobin tragen, vorzeitig zu zerfallen. Dies kann zu Problemen wie Anämie und Kurzatmigkeit führen.

Im Allgemeinen gibt es drei verschiedene Möglichkeiten:

• Jemand ist homozygot für das normale β-Globin-Gen (hat zwei normale Kopien)
• Jemand ist heterozygot (hat eine normale und eine abnorme Kopie)
• Jemand ist homozygot für das anormale β-Globin-Gen (hat zwei anormale Kopien)

Menschen, die für das Sichelzellgen heterozygot sind, haben eine nicht betroffene Kopie des Gens (von einem Elternteil) und eine betroffene Kopie des Gens (vom anderen Elternteil).

Diese Menschen bekommen in der Regel nicht die Symptome einer Sichelzellenanämie. Menschen, die homozygot für das abnorme β-Globin-Gen sind, bekommen jedoch Symptome der Sichelzellenanämie.

Heterozygote und genetische Krankheiten

Heterozygote können genetische Krankheiten bekommen, aber das hängt von der Art der Krankheit ab. Bei einigen Arten von genetischen Krankheiten ist es fast sicher, dass ein heterozygotes Individuum die Krankheit bekommt.

Bei Krankheiten, die durch so genannte dominante Gene verursacht werden, braucht eine Person nur eine schlechte Kopie eines Gens, um Probleme zu haben. Ein Beispiel ist die neurologische Erkrankung Chorea Huntington.

Eine Person mit nur einem betroffenen Gen (das von beiden Elternteilen vererbt wird) wird als Heterozygote mit ziemlicher Sicherheit trotzdem an Chorea Huntington erkranken. (Ein Homozygote, der zwei abnorme Kopien der Krankheit von beiden Elternteilen erhält, wäre ebenfalls betroffen, aber dies ist bei dominanten Krankheitsgenen seltener der Fall).

Bei rezessiven Krankheiten, wie der Sichelzellanämie, erkranken Heterozygote jedoch nicht. (Manchmal können sie jedoch, je nach Krankheit, andere subtile Veränderungen aufweisen).

Wenn ein dominantes Gen eine Krankheit verursacht, kann ein Heterozygote die Krankheit manifestieren. Verursacht ein rezessives Gen eine Krankheit, kann ein Heterozygote die Krankheit nicht oder nur in geringerem Maße entwickeln.

Was ist mit Geschlechtschromosomen?

Geschlechtschromosomen sind die X- und Y-Chromosomen, die bei der Geschlechtsdifferenzierung eine Rolle spielen. Frauen erben zwei X-Chromosomen, eines von jedem Elternteil. Eine Frau kann also hinsichtlich eines bestimmten Merkmals auf dem X-Chromosom als homozygot oder heterozygot angesehen werden.

Männer sind etwas verwirrender. Sie erben zwei unterschiedliche Geschlechtschromosomen: X und Y. Da diese beiden Chromosomen unterschiedlich sind, treffen die Begriffe „homozygot“ und „heterozygot“ bei Männern nicht auf diese beiden Chromosomen zu.

Vielleicht haben Sie schon von geschlechtsgebundenen Krankheiten wie der Duchenne-Muskeldystrophie gehört. Diese zeigen ein anderes Vererbungsmuster als die rezessiven oder dominanten Standardkrankheiten, die durch die anderen Chromosomen (Autosomen genannt) vererbt werden.

Heterozygotie-Vorteil

Bei einigen Krankheitsgenen ist es möglich, dass das Heterozygotentum einer Person gewisse Vorteile bringt. So wird zum Beispiel angenommen, dass eine Heterozygotie für das Sichelzellanämie-Gen eine gewisse Schutzwirkung für Malaria haben kann, im Vergleich zu Menschen, die keine abnorme Kopie haben.

Vererbung

Nehmen wir zwei Versionen eines Gens an: A und a. Wenn zwei Menschen ein Kind bekommen, gibt es mehrere Möglichkeiten:

• Beide Elternteile sind AA: Alle ihre Kinder werden ebenfalls AA sein (homozygot für AA).
• Beide Elternteile sind aa: Alle ihre Kinder werden ebenfalls aa sein (homozygot für aa).
• Ein Elternteil ist Aa und ein weiterer Elternteil ist Aa: Bei ihrem Kind besteht eine 25-prozentige Wahrscheinlichkeit, dass es AA (homozygot) ist, eine 50-prozentige Wahrscheinlichkeit, dass es Aa (heterozygot) ist, und eine 25-prozentige Wahrscheinlichkeit, dass es aa (homozygot) ist.
• Ein Elternteil ist Aa und der andere ist aa: Ihr Kind hat eine 50-prozentige Chance, Aa (heterozygot) zu sein, und eine 50-prozentige Chance, aa (homozygot) zu sein.
• Ein Elternteil ist Aa und der andere ist AA: Ihr Kind hat eine 50-prozentige Wahrscheinlichkeit, AA (homozygot) zu sein, und eine 50-prozentige Wahrscheinlichkeit, Aa (heterozygot) zu sein.

Das Studium der Genetik ist komplex. Wenn in Ihrer Familie eine genetische Erkrankung vorliegt, zögern Sie nicht, Ihren Arzt zu fragen, was dies für Sie bedeutet.

Artikel-Quellen (einige auf Englisch)

1. Ballas SK, Kesen MR, Goldberg MF, u.a. Über die Definitionen der phänotypischen Komplikationen der Sichelzellkrankheit hinaus: ein Update zum Management. Wissenschaftliche Weltzeitschrift. 2012;2012:949535. doi:10.1100/2012/949535
2. Mahalingam S, Levy LM. Genetik der Huntington-Krankheit. Amerikanische Zeitschrift für Neuroradiologie. 2014;35(6):1070-1072. doi:10.3174/ajnr.A3772
3. Aartsma-Rus A, Ginjaar IB, Bushby K. Die Bedeutung der genetischen Diagnose für die Duchenne-Muskeldystrophie. J Med Genet. 2016;53(3):145-151. doi:10.1136/jmedgenet-2015-103387