Volume 20, Issue 3

Zusammenfassung Vor 100 Jahren veröffentlichten Godfrey H. Hardy und Wilhelm Weinberg in unabhängigen Publikationen die Formel, die heute das grundlegende Gesetz für die Berechnungen der Populationsgenetik darstellt. Im vorliegenden Artikel sollen die Epoche, die diesem Gesetz vorausging, geschildert und die Umstände, die seine Entstehung begleiteten, beleuchtet werden. Weiterhin sollen die Forscher genannt werden, die durch ihre Arbeit ebenfalls dieser speziellen Formel auf der Spur waren und als Wegbereiter des Hardy-Weinberg-Gleichgewichts gelten dürfen.

Zusammenfassung In der mathematischen Populationsgenetik wird der Einfluss von Selektion und Mutation auf die zeitliche Entwicklung der genetischen Struktur einer Population modelliert. Da alle Populationen und erst recht die für ihre Untersuchung zur Verfügung stehenden Stichproben endlich sind, spielen die stochastischen Aspekte der verwendeten Modelle eine besondere Rolle. Wichtige populationsgenetische Modelle sind das Wright-Fisher-Modell und das Koaleszenzmodell für die Genealogie von Stichproben sowie das „infinite alleles model“ und das „infinite sites model“ für die darin ablaufenden Mutationsprozesse.

Zusammenfassung Das Y-Chromosom ist der variabelste haploide Marker im menschlichen Genom. Es eignet sich daher besonders für Studien der Evolution und Demografie einer sehr jungen Spezies wie Homo sapiens sapiens . SNPs („single nucleotide polymorphisms“) und Mikrosatelliten (STR, „short tandem repeats“) des Y-Chromosoms spielen für die Rekonstruktion von Episoden der jüngeren Humanevolution eine herausragende Rolle. Die phylogeografische Analyse des Y-Chromosoms leistet heute einen wichtigen Beitrag zur genetischen Charakterisierung von Populationen, zur Interpretation forensischer Spuren sowie zum Verständnis prähistorischer Epochen, aus denen keine oder kaum Artefakte existieren.

Zusammenfassung Die mitochondriale DNA und das Y-Chromosom (ChrY) weisen einen sehr hohen Informationsgehalt hinsichtlich der Entwicklungsgeschichte des Menschen und der verwandtschaftlichen Nähe humaner Populationen auf. Das liegt daran, dass mit Ausnahme der pseudoautosomalen Regionen des ChrY beide genomischen Kompartimente nicht rekombinieren und dass die Typisierung haploider Marker automatisch die Identifizierung von Haplotypen erlaubt. Das X-Chromosom (ChrX) nimmt hinsichtlich seines Rekombinationsverhaltens eine intermediäre Stellung zwischen den Autosomen und dem ChrY ein. Auch seine populationsgenetische Bedeutung beruht z. T. auf der leichteren Identifizierbarkeit von Haplotypen. Während ChrY und mtDNA aber jeweils nur einen einzigen Locus mit einheitlicher Entwicklungsgeschichte repräsentieren, setzt sich das ChrX aus mehreren Abschnitten zusammen, die jeweils eine eigene Historie reflektieren können. Daher erscheinen ChrX-Studien immer dann besonders sinnvoll, wenn Subpopulationen voneinander unterschieden oder regionale ethnische Strukturen erforscht werden sollen. Aus populationsgenetischer Sicht spielt die Analyse von Kopplungsungleichgewichten zwischen ChrX-Markern eine besondere Rolle, da mit ihrer Hilfe genetische Isolate und die Abstammung einzelner Gruppierungen von kleinen Gründerpopulationen nachgewiesen werden können. Populationen mit häufigen und hohen Kopplungsungleichgewichten haben eine besondere Bedeutung für die Identifizierung der Gene, deren Variation zur Ätiologie multifaktorieller Erkrankungen beiträgt.

Zusammenfassung Der populationsgenetische Aspekt der Nutzung mitochondrialer DNA in der Forensik und medizinischen Genetik bezieht sich implizit auf die gesamte Datengrundlage und die mtDNA-Phylogenie, von der in Hinblick auf die zu untersuchenden Fragestellungen gezielt Teile ausgesondert werden. Wir heben besonders jene Aspekte hervor, die in der Vergangenheit bei vielen Untersuchungen nicht adäquat berücksichtigt wurden.

Zusammenfassung Natürliche Selektion bezeichnet das Phänomen der genotypabhängigen Reproduktivität. Selektion stellt somit einen evolutionären Mechanismus dar, bei dem die Variabilität funktioneller Regionen im Genom einer Spezies durch Wechselwirkungen einzelner Organismen mit ihrer Umwelt geprägt wird. Die Weitergabe genetischer Varianten von einer Generation an die nächste kann durch natürliche Selektion begünstigt (positive Selektion), erschwert (negative Selektion) oder, in Abhängigkeit davon, ob eine Mutation rein- oder mischerbig vorliegt, begünstigt oder erschwert (balancierende Selektion) werden. Positive und negative Selektion verringern die Diversität funktioneller Bereiche und damit assoziierter Abschnitte des Genoms, balancierende Selektion erhöht diese. Das Studium natürlicher Selektion dient hauptsächlich dem evolutionären Verständnis, es kann jedoch auch medizinisch relevante Informationen liefern.

Zusammenfassung Pränatale Diagnostik kann heute mit unterschiedlichen Methoden, nichtinvasiv und invasiv, erfolgen. Gute humangenetische Grundkenntnisse sind erforderlich, um die Rat suchende Schwangere mit ihrem Partner umfassend zu informieren, damit von diesen auf der Grundlage des „informed consent“ alle notwendigen Entscheidungen getroffen werden können.

Zusammenfassung Für die Sammlung valider populationsgenetischer Daten zu den in der forensischen Genetik gebräuchlichen autosomalen DNA-Polymorphismen müssen eine Reihe von Kriterien erfüllt werden. Diese umfassen zunächst die untersuchten polymorphen Marker und ihre Typisierungsverfahren, da nur auf der Basis einer gesicherten Unterscheidung der Allele sowie einer verbindlichen Nomenklatur die Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit der gesammelten Daten gegeben ist. Die genetische Validierung umfasst den Nachweis des Mendel-Erbgangs sowie die Überprüfung der Mutationsrate. Die Selektion der Probanden für die Bestimmung der Allelhäufigkeiten, die für eine Bevölkerungsgruppe repräsentativ sein sollen, muss zufällig erfolgen, und die Daten müssen auf das Vorliegen des Hardy-Weinberg-Gleichgewichts geprüft werden. Eine allgemein anerkannte Definition von Populationen im forensisch-genetischen Kontext ist Gegenstand der aktuellen Diskussion. Daher beruht die Auswahl der Probanden aus pragmatischen Gründen primär auf ihrer geografischen Herkunft. Zusätzlich wird empfohlen, bei der biostatistischen Bewertung populationsgenetische Maßzahlen wie F st und Θ als Korrekturen für mögliche Inhomogenitäten in der untersuchten Populationsstichprobe zu verwenden.