Molekulargenetische Diagnostik
Ideal mit kleinen Fehlern
Seit vor einigen Jahren die molekulargenetische Diagnostik von genetischen Defekten auch in die Hundezucht Einzug gehalten hat ist es wohl der Wunschtraum jedes Züchters alle für seine Rasse relevanten Erbfehler mittels dieser Methode erfassen und damit effizient und vollständig aus der Population eliminieren zu können. Eine der häufigsten Anfragen der letzten Zeit betrifft die Frage ob denn ein bestimmter Defekt molekulargenetisch nachweisbar ist. In den meisten Fällen lautet die Antwort allerdings immer noch "nein" obwohl die Entwicklung molekulargenetischer Methoden für die Hundezucht geradezu explosionsartig fortschreitet.
Es ist keine Frage - im Vergleich mit allen anderen Screeningverfahren hat die molekulargenetische Diagnostik eigentlich nur Vorzüge. Sie erfüllt praktisch alle Anforderungen die an züchterische Screeningverfahren zu stellen sind und kann im Gegensatz zu den klinischen Screeningverfahren auch noch zwischen homozygoten Merkmalsträgern und heterozygoten Anlagenträgern unterscheiden. Damit löst sie eines der größten praktischen Probleme der Hundezucht, die Geburt von kranken Nachkommen aus völlig gesunden Elterntieren. Das lebenslang konsistente Untersuchungsergebnis ermöglicht zudem eine Selektion bereits bei der Auswahl der Welpen. Die praktisch 100%ige Sensitivität und Spezifität des Untersuchungsergebnisses, die zumindest beim direkten Gennachweis gegeben ist, gewährleistet eine genaue Differenzierung zwischen für die Zucht geeigneten und für die Zucht nicht geeigneten Hunden.
Aber auch dieses praktisch ideale Instrument sollte nicht unüberlegt eingesetzt werden sondern an die jeweils aktuelle genetische Situation einer Rasse angepasst werden.
Zunächst ein paar theoretische Aspekte:
Molekulargenetik ist nicht gleich Molekulargenetik:
Es gibt zwei prinzipiell unterschiedliche Ansätze in der molekulargenetischen Diagnostik.
- den direkten Gennachweis: dabei wird das direkt die Krankheit verursachende Defektgen nachgewiesen. Dieser Gennachweis ist nur dann möglich, wenn es ein einziges defektes Gen ist, das die Krankheit verursacht und wenn dieses Gen bekannt und eindeutig beschrieben ist . Bei Zutreffen dieser Voraussetzungen gibt diese Methode einen absolut sicheren Hinweis auf Vorhandensein oder Fehlen des Defektgens sowie auf den individuellen Genotyp.
- den Nachweis von Kopplungsmarkern: hier wird nicht das Defektgen selber nachgewiesen, sondern ein anderes Gen, das auf dem selben Chromosom in mehr oder weniger unmittelbarer Nähe des Krankheitsgens liegt. Kopplungsmarker sind üblicherweise Gene, die selber keine Funktion haben. Kopplungsmarker geben zwar einerseits nicht die 100% Diagnosesicherheit wie der direkte Gennachweis, haben aber auf der anderen Seite den Vorteil, dass sie im Einzelfall auch dann eine Aussage geben können, wenn der Defekt nicht nur durch ein einzelnes Gen bedingt ist sondern einer polygenen Vererbung mit einem Hauptgen folgt.
Die Diagnosesicherheit eines Kopplungsmarkers hängt von seinem Abstand zu dem(den) krankheitsrelevanten Gen(en) ab. Je geringer dieser Abstand ist, umso höher ist die Diagnosesicherheit. Der Abstand zwischen Kopplungsmarker und krankheitsrelevantem Gen wird in der wissenschaftlichen Literatur in Einheiten der Rekombinationsrate (CentiMorgan) angegeben. Da bei jeder Meiose, das sind jene Zellteilungen, die zur Entstehung von Ei- oder Samenzellen führen, die von den Eltern geerbte genetische Information neu gemischt wird, kann es dabei zu einer Trennung von Kopplungsmarker und Krankheitsgen kommen. Je geringer der Abstand ist umso geringer ist die Wahrscheinlichkeit einer solchen Trennung und umso höher ist die Aussagesicherheit des Markers. Die Rekombinationsrate gibt nun ganz einfach die Häufigkeit solcher Trennungen an. Ein CentiMorgan bedeutet in diesem Zusammenhang, dass bei 100 Meiosen in einem Fall eine Trennung zwischen Marker und Defektgen stattfindet.
Molekulargenetische Labors geben die Diagnosesicherheit oft in Prozent an [siehe z.B. Nachweis der Kupfertoxikose durch VetGen].
Die meisten der heute verfügbaren Gentests sind direkte Gentests. Ich schätze aber, dass in Zukunft auch ein Schwerpunkt in der Entwicklung von Kopplungsmarkern liegen wird. Insbesondere dann, wenn sich ihre Tauglichkeit in Hinblick auf die Diagnose auch polygener Defekte bestätigen sollte.
Molekulargenetische Diagnostik ist nicht allgemeingültig:
Eine der wesentlichsten Limitationen molekulargenetischer Methoden in der Hundezucht ist, dass die Diagnoseverfahren für bestimmte Defekte nicht generell für die Tierart Hund sondern immer nur für bestimmte Rassen einsetzbar sind. Das führt zu der Notwendigkeit, für jede Rasse extra Testverfahren zu entwickeln und zu etablieren. Bedenkt man den enormen finanziellen und arbeitstechnischen Aufwand, der mit der Entwicklung solcher Verfahren verbunden ist, ist klar, dass hier auch finanziell-ökonomische Aspekte ins Spiel kommen. Und damit haben speziell Rassen mit kleinen Populationen schlechte Karten, wenn sie mit einem genetischen Defekt belastet sind der nicht zufälligerweise in gleicher Form bei einer Rasse mit einer größeren Population vorkommt. Denn kein Labor wird einen Test entwickeln, wenn nicht zumindest mit großer Wahrscheinlichkeit zu erwarten ist, dass der Test auch in ausreichendem Umfang von den Züchtern genutzt wird. Dieses Problem ist übrigens nicht hundespezifisch. Auch in der Humanmedizin kennt man das Problem der ökonomischen Denkweise bei der Entwicklung von Diagnostika und Therapeutika. Der Begriff der "Orphan Drugs" kennzeichnet dieses Problem seltener Erkrankungen.
Aber nicht nur ökonomische Aspekte verhindern die Etablierung von molekulargenetischen Diagnosemethoden in kleinen Populationen. Sehr oft ist in solchen Fällen die für die Entwicklung von Tests notwendige Zahl an verwandten kranken und nicht kranken Tieren nicht verfügbar.
In manchen Fällen weist ein molekulargenetischer Test auch nur eine ganz bestimmte Variante einer Erkrankung nach. Wird ein Tier in Bezug auf diese spezielle Variante als homozygot frei getestet, kann es trotzdem an einer anderen Variante der gleichen Krankheit, die einfach durch ein anders Defekten mit einer ähnlichen Wirkung verursacht wird erkranken. So weist z.B. der für viele Rassen bereits verfügbare Test auf prcd-PRA eben nur diese spezielle Form der PRA (progressive Retinaatrophie) nach. Hunde die für diese Form der PRA negativ getestet werden, könnten trotzdem an einer anderen Form der PRA erkranken.
Achtung bei der Probenentnahme!
Die Laborverfahren in der molekulargenetischen Diagnostik sind zwar, sorgfältige Durchführung vorausgesetzt, hoch sensitiv und hoch spezifisch, dennoch kann es zu falschen Ergebnissen kommen wenn die Probe auf dem Weg von dem zu untersuchenden Tier zum Labor verunreinigt wird. Die beim Test untersuchte DNS ist ja grundsätzlich in jeder kernhaltigen Zelle vorhanden und somit auch in Zellen, mit denen eine Probe allenfalls verunreinigt wird. Wenn also bei der Probenentnahme Zellen anderer Hunde in die Probe kommen, kann das Ergebnis dadurch verfälscht werden. Die Proben müssen daher so genommen werden, dass entsprechende Verunreinigungen auszuschließen sind. Die beste Art zu einer "sauberen" Probe zu kommen ist eine Blutentnahme, dabei sind Verunreinigungen praktisch auszuschließen. Haare und Backenschleimhautabstriche sind grundsätzlich auch geeignete Möglichkeiten zur Probenentnahme, erfordern aber größere Vorsicht. Haare müssen bewurzelt sein (nur in den Haarwurzelzellen findet sich DNS) - geeignet sind also nur ausgezupfte Haare, keinesfalls geschnittene Haare. Backenschleimhautabstriche sind speziell bei Welpen problematisch. Solange sie bei der Mutterhündin saugen finden sich immer wieder auch Zellen der Mutter in ihrer Maulhöhle. Auch Haarproben bei Welpen können durch Haare der Mutter oder der Geschwister verunreinigt sein.
Die Entwicklung molekulargenetischer Verfahren ist in einer rasanten fast explosionsartigen Entwicklung begriffen, das Angebot an Gentests und auch an Labors, die diese Tests anbieten, erweitert sich ständig. Eine informative Übersicht über verfügbare Gentests findet sich z.B. bei der GKF (Gesellschaft zur Förderung der kynologischen Forschung) oder auf den Webseiten entsprechender Labors wie z.B. Laboklin, PennGen, Optigen oder VetGen.
Der Einsatz molekulargenetischer Diagnostik in Hundepopulationen sollte nun unter Beachtung populationsspezifischer Besonderheiten erfolgen. Natürlich ist es auf den ersten Blick verlockend, die Möglichkeit der Detektierung jedes Genträgers in der Population auszunützen und das betreffende Defektgen praktisch auf einen Schlag aus der Population zu eliminieren. Wenn nur einzelne Tiere in einer Population das betreffende Gen tragen ist das auch der einzig vernünftige Weg. Immer dann aber, wenn das Defektgen in der Population eine höhere Frequenz hat ist dieser Weg zwar effektiv in Hinblick auf die Eliminierung des betreffenden Gens, aber absolut kontraproduktiv in Hinblick auf die Erhaltung der genetischen Varianz.
Dazu muss man bedenken, dass auch bei noch relativ geringer Häufigkeit von Merkmalsträgern ein vergleichsweise hoher Anteil an Tieren das Defektgen in heterozygoter Form trägt. Die Verteilung von homozygoten und heterozygoten Genotypen in einer Population folgt einer bestimmten Gesetzmäßigkeit, die in der Hardy-Weinberg-Regel beschrieben ist. Mit Hilfe dieser Regel lässt sich recht einfach der Anteil heterozygoter Tiere aus der Häufigkeit von Merkmalsträgern berechnen. Die folgende Tabelle zeigt diese Berechnungen in der Übersicht.
| Häufigkeit von Merkmalsträgern (homozygot) | Häufigkeit von Anlageträgern (heterozygot) | Häufigkeit von Tieren mit Defektgenen insgesamt |
|---|---|---|
| 0,1% | 6% | 6% |
| 1% | 18% | 19% |
| 5% | 35% | 40% |
| 10% | 43% | 53% |
| 20% | 49% | 69% |
| 50% | 41% | 91% |
Will man also in einer Population, bei der nur 5% der Tiere Merkmalsträger für einen genetischen Defekt sind, das Defektgen völlig aus der Population eliminieren, müsste man etwa 40% aller Tiere von der Zucht ausschließen. Tritt ein Defekt bei 20% der Tiere auf, müssten mehr als zwei Drittel aller Tiere für die Zucht gesperrt werden. Was so eine Vorgangsweise für Konsequenzen für die genetische Varianz hat und damit auch für die allgemeine Gesundheit kann man sich vorstellen.
In so einem Fall sind also andere Wege gefragt. Und dabei hilft wieder die hohe Diagnosegenauigkeit der molekulargenetischen Diagnostik, insbesondere ihre Fähigkeit zwischen homozygoten Merkmalsträgern und heterozygoten Anlageträgern zu unterscheiden.
Die mögliche Strategie beruht auf der Überlegung, dass die erste Priorität die Gesundheit der Nachkommen ist. Der Einsatz molekulargenetischer Diagnostik ermöglicht nun, Paarungen so durchzuführen, dass ausschließlich gesunde Nachkommen geboren werden. Die Durchführung solcher Paarungen erfordert neben der Verfügbarkeit einer spezifischen molekulargenetischen Diagnostik nicht mehr als die Kenntnis der Mendel'schen Regeln. Die möglichen Paarungen und der Gesundheitsstatus der Nachkommen sind in der folgenden Tabelle ersichtlich. Das Symbol "A" steht hier für ein dominantes Normalgen, das Symbol "a" steht für ein rezessives Defektgen.
| Vater / Mutter | A A gesund |
A a Anlageträger |
a a Merkmalsträger |
|---|---|---|---|
| A A gesund |
gesund | gesund | gesund |
| A a Anlageträger |
gesund | gesund und krank | gesund und krank |
| a a Merkmalsträger |
gesund | gesund und krank | krank |
Die grün hinterlegten Felder kennzeichnen Paarungen, die nur gesunde Nachkommen hervorbringen, blau hinterlegte Felder stehen für Paarungen, bei denen mit kranken Nachkommen gerechnet werden muss, das rot hinterlegte Feld entspricht den nicht vertretbaren Paarungen bei denen nur kranke Nachkommen entstehen.
Um nur gesunde Nachkommen zu bekommen muss also zumindest einer der beiden Elternteile homozygot für das Normalgen sein. Der andere Elternteil kann in diesem Fall jeden beliebigen Genotyp tragen, d.h. er kann sogar selber Merkmalsträger sein.
Merkmalsträger, also "kranke Tiere" zur Zucht einzusetzen scheint auf den ersten Blick gegen alle Regeln der Tierzucht zu sein. Es sollte auch niemals zur Normalität werden. In bestimmten Fällen kann aber eine solche Zuchtstrategie maßgeblich zur Erhaltung der Population beitragen. Dabei müssen natürlich immer auch tierschützerische Aspekte berücksichtigt werden. Ein Zuchteinsatz "kranker" Tiere ist selbstverständlich nur dann zu verantworten, wenn der Krankheitsstatus der Tieres mit den Belastungen des Zuchteinsatzes vereinbar ist.
Es versteht sich von selbst, dass bei jeder Zuchtstrategie bei der Träger nachweisbarer Defektgene in der Zucht eingesetzt werden auch in den folgenden Generationen durchgängig molekulargenetische Untersuchungen durchgeführt werden müssen. Nur wenn in einer Generation alle zur Zucht verwendeten Tiere homozygot für das gesunde Gen getestet worden sind, kann in der nächsten Generation auf eine weitere Untersuchung der Zuchttiere verzichtet werden. Vorausgesetzt, an der angegebenen Abstammung der Zuchttiere besteht kein Zweifel. In jedem Fall sollten aber Zuchttiere aus anderen Populationen, die zur Einkreuzung verwendet werden einer entsprechenden Untersuchung zugeführet werden.
Wie in solchen Fällen rassespezifische Besonderheiten bei der Planung der Zuchtstrategie berücksichtigt werden sollten, soll an einem Beispiel demonstriert werden.
Betrachtet man vergleichend die Häufigkeit von CEA (Collie Eye Anomalie) bei verschiedenen Collierassen dann zeigt sich in Hinblick auf die Häufigkeit der primären Problematik dieser Erkrankung, der Choroidalen Hypoplasie (CH) der Collie mit 66,7% eindeutig an der Spitze, während die anderen Collierassen deutlich geringere Häufigkeiten zeigen (Border Collie 2,2%, Sheltie 0,39% und Australian Shepherd 0,22%). Wenn man nun nach der Hardy Weinberg Regel die Verteilung der Genotypen berechnet dann zeigt sich für die vier Rassen folgendes Bild:
| Rasse | Häufigkeit von Merkmalsträgern | Häufigkeit von Anlageträgern | Gesamthäufigkeit von Tieren mit Defektgenen |
| Collie | 66,7% | 29,9% | 96,6% |
| Border Collie | 2,2% | 25,3% | 27,5% |
| Sheltie | 0,39% | 11,7% | 12,1% |
| Australian Shepherd | 0,22% | 8,9% | 9,2% |
Wollte man also beim Collie sämtliche Tiere, die das Defektgen tragen, aus der Zucht ausschließen müsste man fast die gesamte Population eliminieren. Aber auch beim Border Collie mit nur etwas über 2,2% Merkmalsträgern würde eine Reduzierung der Zuchttiere auf nur homozygot gesunde bedeuten, dass fast ein Drittel der Population für die Zucht ausfällt.
Beim Sheltie und beim Australian Shepherd hingegen bleiben auch bei Wegfall aller Tiere, die das Defektgen tragen etwa 90% der Population für die Zucht verfügbar.
Wenn ich in diesem Fall also eine Zuchtstrategie für die einzelnen Rassen empfehlen würde, würde diese folgendermaßen aussehen:
Collie: hier würde ich empfehlen zumindest vorübergehend alle Genotypen in Abhängigkeit von ihren sonstigen züchterischen Qualitäten zur Zucht einzusetzen. Der Zuchteinsatz von Merkmalsträgern sollte sich auf solche Tiere beschränken, die eine milde Form der CH zeigen (dies aber weniger aus genetischen Gründen sondern aus tierschützerischen Gründen). Ein Paarungspartner muss immer homozygot gesund sein. Da die molekulargenetische Diagnostik in jedem Lebensalter eine sichere Aussage über den Genotyp zulässt, kann man dann aus einem züchterisch interessanten Wurf bevorzugt diejenigen Welpen für die Weiterzucht auswählen, die homozygot gesund oder höchstens heterozygot sind.
Border Collie: Bei dieser Rasse erscheint es nicht notwendig auch homozygote Merkmalsträger züchterisch zu nutzen. Heterozygote Anlageträger sollten aber, zumindest vorübergehend in Abhängigkeit von ihren sonstige züchterischen Qualitäten eingesetzt werden und an homozygot gesunde Tiere angepaart werden. Auch hier kann man dann aus züchterisch interessanten Würfen bevorzugt solche Welpen für die Weiterzucht auswählen, die das Defektgen nicht tragen.
Sheltie und Australian Shepherd: Berücksichtigt man ausschließlich CH kann man bei diesen Rassen die Möglichkeiten der molekulargenetischen Diagnostik voll ausschöpfen und zur Zucht ausschließlich homozygot gesunde Tiere einsetzen. Sollten aber in den entsprechende Populationen noch andere Erkrankungen vorliegen wäre allenfalls auch hier der Einsatz heterozygoter Anlageträger zu vertreten wenn sie in Bezug auf andere relevante bzw. häufige Erkrankungen als gesund zu betrachten sind.
Die hier diskutierten Möglichkeiten der molekulargenetischen Diagnostik können natürlich auch missbräuchlich genutzt werden. Und treiben gelegentlich recht skurrile Blüten, die sich nur aus der speziellen Problematik der Hundezucht bzw. der Hundezüchter erklären lassen. So wurde mir unlängst von einem Zuchtverband berichtet, in dem ein verfügbarer Gentest in der Form genutzt wurde, dass ein einziger Rüde getestet wurde. Der erwies sich (zufälligerweise?) als homozygot gesund. Darauf hin wurden Untersuchungen weiterer Hunde nicht mehr durchgeführt, alle zu belegenden Hündinnen wurden diesem einen Rüden zugeführt, denn (O-Ton): "mit dem kann ja sicher nichts passieren". Ein "Popular Sire" der besonderen Art sozusagen. Dass eine solche Strategie mehr als kontraproduktiv ist, liegt auf der Hand und wird wohl hoffentlich den Verantwortlichen des betreffenden Zuchtverbandes inzwischen auch klar geworden sein.
Eine weitere Limitation der Strategie gezielter Anpaarungen ergibt sich bei Kopplungsmarkern. Da bei diesen Neukombinationen und damit Trennungen zwischen Marker und relevantem Krankheitsgen nicht auszuschließen sind, muss man die Möglichkeit solcher "Entkopplungen" bei der langfristigen Planung im Auge behalten. In solchen Fällen sollte die Priorität in jedem Fall darin liegen, das Defektgen so schnell wie möglich aus der Population zu eliminieren.
Zusammenfassend gesehen sind molekulargenetische Diagnoseverfahren somit ein mächtiger Verbündeter im Kampf gegen genetische Defekte. Ihr effizienter Einsatz bedarf nichtsdestoweniger genauer Überlegungen und populationsangepasster Strategien.
