Genom

Genom, Gesamtheit der Erbanlagen, die in den Genen festgelegt sind und Entwicklung, Aufbau und physiologische Prozesse des Lebewesens oder Virus steuern.

Bei allen Lebewesen und den meisten Viren liegt das Genom in Form der Erbsubstanz DNA (Desoxyribonucleinsäure) vor; eine Ausnahme sind die RNA-Viren, deren Genom aus Ribonucleinsäure besteht. Die genetische Information ist auf der DNA bzw. RNA in Form eines Codes verschlüsselt. Dieser Code basiert auf der Reihenfolge der Nucleotide, der Bausteine der Nucleinsäuren. Die Nucleotide werden anhand ihrer Basen unterschieden: Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin in der DNA sowie Adenin, Uracil, Cytosin und Guanin in der RNA. Die Reihenfolge dieser Basen beinhaltet den genetischen Code. Die DNA umfasst sowohl Gene als auch nichtcodierende Abschnitte der DNA (siehe Genetik: Mosaikgene – Exons – Introns – nichtcodierende DNA). Dazu kommen noch so genannte genetische Signalstrukturen, vor allem Proteine in der Zelle, die bei der DNA-Replikation und der Genexpression eine Rolle spielen (siehe Molekularbiologie: Die Struktur der DNA).

Bei höheren Lebewesen (Eukaryonten) ist die DNA von einem Zellkern umgeben. Während der Mitose (Zellteilung) verdichtet sie sich und wird in Form von Chromosomen sichtbar. In der Interphase (zwischen Zellteilungen) ist die DNA dagegen in Form von Chromatin diffus im Zellkern verteilt. Ein kleiner Teil des Genoms von Eukaryonten ist außerdem in der DNA der Mitochondrien (siehe Zelle: Mitochondrien und Chloroplasten) bzw. Chloroplasten (bei Pflanzen) enthalten. Das Genom von Bakterien liegt zum größten Teil auf einem ringförmigen DNA-Doppelstrang; viele Bakterienarten besitzen darüber hinaus kleinere DNA-Ringe, die man Plasmide nennt.

Seit dem Ende des 20. Jahrhunderts wurden die Genome ausgewählter Organismen sequenziert (die Basenfolge wurde entschlüsselt). Auch das Genom des Menschen wurde im Rahmen des Human Genome Project fast vollständig entschlüsselt. Es besteht aus etwa 20 000 bis 25 000 Genen. Obwohl das Genom von Wirbeltieren und Blütenpflanzen in der Regel um ein Mehrfaches größer ist als das niederer Tiere, Pilze oder Bakterien, erlaubt die Größe des Genoms oft keine Rückschlüsse auf die Komplexität eines Organismus. Das Genom höherer Organismen enthält viele Sequenzen sich exakt wiederholender Basenfolgen; die Funktion solcher repetitiver Sequenzen ist erst teilweise bekannt. Das mit 182 Genen kleinste bekannte Genom hat das in Blattläusen symbiotisch lebende Bakterium Carsonella ruddii, das vollständig von seinem Wirt abhängig ist. Dem Mikrobiologen Hamilton Smith gelang es, das aus 500 Genen bestehende Genom des Bakteriums Mycoplasma genitalium zu synthetisieren, also im Labor „nachzubauen”.