Desoxyribonukleinsäure (DNS) ist das Erbgut in fast allen Organismen. Ihre Doppelhelix-Struktur, 1953 aufgeklärt, kodiert die Anweisungen zum Bau und zur Regulierung jedes Proteins im Körper.
Molekulare Architektur
- Nukleotide: Desoxyribose + Phosphat + stickstoffhaltige Base (A, T, G, C).
- Basenpaarung: A↔T (2 H-Brücken), G↔C (3 H-Brücken) – Chargaffs Regeln.
- Antiparallele Stränge: 5'→3'-Richtung; komplementäre Sequenz ermöglicht Replikation & Transkription.
- Chromatin-Organisation: DNS + Histone → Nukleosomen → 30-nm-Faser → Schleifen → Chromosomen (46 in menschlichen Somatzellen).
Zentrales Dogma
DNS → (Transkription) → prä-mRNA → (Splicing) → reife mRNA → (Translation) → Polypeptid → funktionales Protein.
- Genetischer Code: 64 Codons → 20 Aminosäuren + Stopp; degeneriert, universell (geringfügige mitochondriale Variationen).
- Regulierung: Promotoren, Enhancer, Silencer, Transkriptionsfaktoren, epigenetische Markierungen (Methylierung, Histonmodifikationen).
DNS-Replikation
- Semi-konservativ (Meselson-Stahl): Jeder Tochterduplex behält einen elterlichen Strang.
- Ursprung der Replikation → Helikase entwindet → Primase legt RNA-Primer → DNA-Pol δ/ε verlängert → Ligase versiegelt Okazaki-Fragmente (führender Strang).
- Korrekturlesen (3'→5' Exonuklease) + Missmatch-Reparatur → Fehlerrate ~10⁻⁹/Base.
Mutationen & Reparatur
- Typen: Substitution (Missense, Nonsense, Silent), Insektion/Deletion, CNV, Translokation, Trinukleotid-Wiederholungsexpansion.
- Reparaturwege: BER, NER, MMR, HR, NHEJ, FA – Defekte verursachen Krebsprädisposition (z. B. BRCA1/2 → HR-Defekt).
- Somatisch vs. Keimbahn: Somatisch = Krebs/Evolution; Keimbahn = vererbte Erkrankung.
Klinische Anwendungen
- Diagnostik: NGS-Panel, Exom-/Genom-Sequenzierung, PCR, FISH, Mikroarray.
- Pharmakogenomik: CYP2C19, DPYD, TPMT, HLA-B*57:01 leiten Dosierung.
- Reproduktionsmedizin: Trägerscreening, PGT-A/M/SR, NIPT (cfDNS).
- Onkologie: Tumorenprofiling (MSI, TMB, handelbare Mutationen), Flüssigbiopsie (ctDNS).
- Forensik: STR-Profiling (CODIS), SNP-Panel, forensische genetische Genealogie.
- Gentherapie: AAV-Vektoren, CRISPR-Cas9, Base-/Prime-Editing (klinische Studien).
DNS ist keine statische „Bauzeichnung“, sondern ein dynamisches, reguliertes, reparierbares Molekül – zentral für Biologie, Medizin und Identität.
