Polymorphismus

Dieser Artikel behandelt einen Fachbegriff der Biologie. Für die Verwendung im Bereich der Programmiersprachen siehe Polymorphie (Programmierung).

Als Polymorphismus (griechisch πολυμορφισμός Polymorphismos ‚Vielgestaltigkeit‘) bezeichnet man im Fachgebiet Genetik das Auftreten einer oder mehrerer Genvarianten (das heißt: eines oder mehrerer Allele) innerhalb einer Population. Definitionsgemäß muss die Auftretenshäufigkeit der Genvariante (die Allelfrequenz) größer als ein Prozent sein, andernfalls wird von einer Mutation gesprochen. Eindeutiger ist in diesem Zusammenhang die Bezeichnung Sequenzvariation, die sich aber noch nicht vollständig durchgesetzt hat.

Von Enzym- oder Proteinpolymorphismus ist die Rede, wenn ein Polymorphismus in der Erbinformation auch eine Veränderung des jeweiligen Genprodukts (Enzym, Protein) bewirkt.

Weitere Synonyme sind Polymorphie, Heteromorphie und diskontinuierliche Vielgestaltigkeit.

Sequenzvariationen

Drei Arten von Sequenzvariationen lassen sich unterscheiden:

• Einzelnukleotidpolymorphismen (Single Nucleotide Polymorphisms, SNP)
• kleine Insertions- und Deletionspolymorphismen (in der Regel <50 Nukleotide), auch INDELs genannt.
• Strukturvarianten (oder Kopienzahlvarianten, CNVs).

Die häufigsten Sequenzvariationen sind die Einzelnukleotidpolymorphismen (SNP), bei denen es zum Austausch eines Nukleotides im DNA-Molekül kommt. Es wird von einem SNP auf 200 bis 1000 Basenpaare im menschlichen Genom ausgegangen. Liegt der SNP im kodierenden Bereich einer Gen-Sequenz, kann das einen Aminosäureaustausch im resultierenden Protein zur Folge haben. Da aber viele Aminosäuren von mehreren Basentripletts kodiert werden, hat nicht jeder Basenaustausch in der DNA zwingend einen Aminosäureaustausch im Protein zur Folge.

Unter einer Insertion oder - dem Gegenteil - einer Deletion versteht man den Einbau bzw. den Verlust von mindestens einem Nukleotid. Dies kann dazu führen (wenn beide Allele betroffen sind), dass für das Genprodukt (ein Enzym) keine Aktivität mehr nachweisbar ist. Kleinere Insertionen und Deletionen (<50 Nukleotide) werden als INDELs bezeichnet.

CNVs (Genduplikationen, Vervielfachungen oder Deletionen) können schließlich das gesamte Gen betreffen. Dies kann beispielsweise zu einer erheblichen Erhöhung der Stoffwechselkapazität des betroffenen Genprodukts führen.

Auswirkungen von Sequenzvariationen

Immer wieder wird beobachtet, dass in einer Gruppe von Menschen, die unter vergleichbaren Bedingungen leben und gemeinsam bestimmten Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, nur einige Individuen als Folge dieser Umwelteinflüsse von gesundheitlichen Auswirkungen betroffen sind: So werden in seltenen Fällen beispielsweise Kettenraucher vergleichsweise alt, während Gelegenheitsraucher mit entsprechender genetischer Prädisposition früh an Lungenkrebs sterben können. In der Auseinandersetzung mit der Umwelt und den aus ihr aufgenommenen Fremdstoffen spielen stets Enzyme eine wichtige Rolle, die solche Fremdstoffe abbauen können. Sequenzvariationen können, wie aus Studien von Arzneimittelnebenwirkungen und Unglücksfällen hervorgeht, für erhebliche Unterschiede beim Abbau der Fremdstoffe im Körper unterschiedlicher Personen verantwortlich sein. Praktische Nutzanwendungen haben diese Erkenntnisse bisher aber nicht. Auch wurden erhebliche ethnische Unterschiede beim Auftreten von Sequenzvariationen beobachtet, deren Gründe noch unklar sind.

Die zunehmende Genauigkeit, mit der Sequenzvariationen mit Hilfe von Gentests nachgewiesen werden können, wirft wachsende ethische Probleme auf: Sollen zum Beispiel Personen mit bekannten Risikofaktoren von bestimmten Berufen ausgeschlossen werden? Welche Konsequenzen wird die Kenntnis einer bestimmten Sequenzvariation für den Abschluss einer Lebensversicherung haben? Andererseits könnten Patienten durch eine verbesserte Aufklärung über Risiken (z. B. Infarktrisiko aufgrund bestimmter Polymorphismen) auch aktiv einer Erkrankung entgegen wirken - z. B. durch gesunde Ernährung, sportliche Betätigung und gezielte Vorsorge - und damit letztlich ihre Lebensqualität verbessern.

Polymorphismus bei äußerlich sichtbaren Merkmalen

Ursprünglich war der Begriff nahezu ausschließlich auf sichtbare Merkmale beschränkt, er wurde also zur Beschreibung von unterschiedlichen Phänotypen (unterschiedlichen Morphen) benutzt. Aus diesem Bereich finden sich daher auch die bekanntesten Beispiele: Gibt es innerhalb einer Art unterschiedliche Erscheinungsvorkommen, so spricht man von einem Phänotyp-Polymorphismus. Viele Arten weisen zumindest einen Geschlechts-Dimorphismus auf, da sich Männchen und Weibchen voneinander unterscheiden. Eine weitere Form von Polymorphismus ist der soziale oder Kasten-Polymorphismus, wie er etwa bei staatenbildenden Insekten, speziell bei Ameisen und Termiten zu beobachten ist. Ein zeitlicher oder Saison-Polymorphismus liegt vor, wenn die zu unterschiedlichen Zeiten im Jahr auftretenden Generationen einer Population unterschiedliche Morphen ausbilden, wie dies zum Beispiel bei manchen Schmetterlingen vorkommt. Ferner kommen zum Beispiel bei Schnirkelschnecken nebeneinander mehrere Farbvarianten vor (Farb-Polymorphismus). Auch Verhaltens-Polymorphismus wurde beschrieben (Polyethismus).

Siehe auch

• Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus (RFLP)

Literatur

• Meine Moleküle.Deine Moleküle - Von der molekularen Individualität (Online-Buch) Berlin 2010
• G. Gibson: Rare and common variants: twenty arguments. In: Nature reviews. Genetics. Band 13, Nummer 2, Februar 2011, S. 135–145, ISSN 1471-0064. doi:10.1038/nrg3118. PMID 22251874. (Review).
• M. R. Nelson, D. Wegmann u. a.: An Abundance of Rare Functional Variants in 202 Drug Target Genes Sequenced in 14,002 People. In: Science. 337, 2012, S. 100–104, doi:10.1126/science.1217876.