Gentechnologie

• Definition Gentechnologie:

• Anwendung moderner molekularbiologischer Methoden zur Änderung der genetischen Eigenschaften von Organismen.

• Man sagt dazu auch "rekombinante DNA-Technologie", weil damit Erbinformation gezielt re- bzw. neukombiniert werden kann.

Gentechnik beinhaltet die

• Herstellung von Proteinen für medizinische und technische Anwendungen

• Herstellung von transgenen Pflanzen und Tieren

• Gendiagnostik

• somatische Gentherapie

Keine Gentechnik ist (sind )

• klassische Züchtungsverfahren• extrakorporale Befruchtung• Übertragen von Embryonen auf  Leihmütter• zellbiologische Verfahren wie Herstellung von

tierischen Hybriden (Schiege, Tomatoffel)• Herstellung von Pflanzenhybriden (Nektarine)• Klonierung von Organismen• Embryoteilung und Embryotransfer bei

Nutztieren

Die Werkzeuge der Gentechnik

• Restriktionsenzyme - genetische Scheren

• Ligasen - genetische Kleber

• Vektoren - Genfähren

• Wirtsorganismen

Restriktions-Enzyme

• Diese Enzyme können bestimmte Sequenzen erkennen (Bsp. Palindrom GAATTC / CTTAAG) und dort die DNA auf spezielle Art durchschneiden.

• In Bakterien dienen sie als Schutz gegen Viren.• Die getrennten Stücke haben je einen kurzen

einsträngigen Abschnitt, genannt "klebrige Enden". • Ein anderes DNA-Stück mit ebenfalls einem klebrigen

Ende ( z.B. nach Schneiden mit demselben Restriktionsenzym ) kann sich mit dem komplementären Ende verbinden.

Restriktionsenzyme:

Schematisch:

• Präzisionsarbeit: • Restriktionsenzyme

zerlegen die DNA exakt an genau definierten Stellen in handhabbare Bruchstücke

Man kennt heute eine große Anzahl von Restriktions-Endonukleasen.

Restriktions-endonulease

Herkunfts-organismus

Erkennungssequenz

(‡= Schnittstelle)

ECO RI E.Coli RY13 G‡AATTC

Bam HI Bacillus

amylo-liquefacies

G‡GATCC

Hind III Haemophilus influenzae Rd

A‡AGCTT

Herkunft der Restriktionsenzyme

• Bakterien schützen sich z.B. gegen Bakteriophagen durch spezifische Spaltung der viralen DNA mit Restriktionsenzymen ( R.-endonukleasen )

Bakterien schützen ihre eigene DNA durch Methylierung.

• Die DNA des Wirtes ist genau an den Stellen, die die Enzyme spalten, mit einer Methylgruppe versehen und so geschützt.

• Dies erfolgt wiederum durch Enzyme, die die gleiche Abfolge von Basenpaare erkennen, wie die Enzyme, die DNA spalten.

Vektoren

• Man versteht darunter

• Plasmide

• Bakteriophagen

• Künstliche Chromosomen bei Hefen oder Bakterien

Plasmide

• Auf Plasmide war man bei der Erforschung der Ursachen der Resistenz von Bakterien gestoßen.

• Plasmide replizieren sich unabhängig von der Haupt-DNA durch eine bestimmte Nukleotidsequenz, die in Nachbarschaft der Resistenzgene liegt.

Plasmide sind im Verhältnis zum Chromosom sehr kleine ringförmige DNA-Moleküle. (s.Pfeil rechts)

Plasmide verfügen oft nur über wenige Gene, beherrschen dafür aber die eigene Verdopplung besonders gut.

Es gibt:

Fruchtbarkeits-(F)Plasmide, die nur tra-Gene enthalten. Ihre einzige Funktion ist die Einleitung der Konjugation.

Resistenz-(R-)Plasmide, die Resistenzgene gegen Antibiotika oder Gifte enthalten.

Das E.Coli-Plasmid pBR322

• Das Molekül ist doppelsträngig, ringförmig und hat 4361 Basenpaare.

• Die eingezeichneten Stellen sind Nukleotid-positionen, an denen bestimmte Restriktionsenzyme spalten.

• Das Plasmid enthält 2 Resistenzgene (Markergene ) gegen Ampicillin und Tetracyclin.

Bildung eines rekombinanten Vektors

                                                           

Das Klonieren ist die Grundoperation der Gentechnik:

Dann wird die rekombinierte DNA in Wirtszellen übertragen und von diesen vermehrt.

Ein Plasmid wird mit einem Restriktions-enzym geöffnet und fremde DNA in die Schnittstelle einge-passt.

Die Vermehrung der veränderten Wirtsorganismen wird in Bioreaktoren vorgenommen. Ein Bioreaktor ist ein Behälter, in dem speziell herangezüchtete Mikroorganismen oder Zellen unter möglichst optimalen Bedingungen in einem Nährmedium kultiviert werden, um entweder die Zellen selbst, Teile von ihnen oder eines ihrer Stoffwechselprodukte zu gewinnen. Das Volumen eines Bioreaktors reicht von wenigen Millilitern bis hin zu mehreren tausend Kubikmetern im Produktions-maßstab. Bioreaktoren werden auch als Fermenter bezeichnet.

Bioreaktoren

Bild und Text aus Wikipedia

Wiederhole die Begriffe Restriktionsenzym, Ligase, Vektor und Wirtsorganismus; fasse die Schritte, die zum Einschleusen einer DNA-Sequenz in eine Bakterienzelle nötig sind, in Stichwörtern zusammen!

Welche Substanzen werden auf diese Weise hergestellt?

Aufgabe