1. Die Gene befinden sich im Zellkern

7. Protein-Herstellung nach Bedarf

4. Ein Gen ist ein DNA-Abschnitt

Grundlagen www.gensuisse.ch

Jedes Lebewesen besteht aus Zellen 2. Chromosomen bestehen aus DNA

5. Die DNA ist ein Doppelstrang

6. Vom Gen zum Protein

3. Alle Chromosomen zusammen bilden das Genom

Chromosom

DNA

Gen

Gen

Gen

menschliches Genom

ZellkernZellleib

Pflanzenzelle MuskelzelleBakterium Nervenzelle

Protein

RNA

Transkription

Translation

Wie Gentechnik funktioniert www.gensuisse.ch

1. Ein Gen wird isoliert

4. Human-Insulin aus Bakterien

2. Der DNA-Ring-Trick

3. Verändertes Erbgut

Plasmid

Bakterium

Bakterien vermehren

Insulin

Insulin-Gen

aufschneiden (mittels Restriktionsenzym)

heraustrennen(mittels Restriktionsenzym)

einkleben(mit Hilfe des Enzyms Ligase)

menschliche Zelle

menschliche DNA Zellkern

Insulin aufreinigen

CRISPR/Cas – eine revolutionäre gentechnische Methode www.gensuisse.ch

ANWENDUNGEN

CRISPR

AusgeschaltetesGen

Künstlich eingebrachteSequenz

Eingefügtes Gen

Mikroorganismen (Kraftstoffe)

Forschung

Gentherapie

Medikamenten-herstellung

Ackerbau und Viehzucht

2

1

2A

2B

Genomik – die DNA-Welt www.gensuisse.ch

2. PCR-Technik: exponentiell vermehren

1. Vorbereitung: DNA-Stücke isolieren

3. Sequenzierung: DNA-Fragmente mit bekannter Endung

4. Elektrophorese: Sortieren nach Grösse

trennen

auff

üllen

trennen

auff

üllen

trennen

auff

üllen

trennen

Stopp-G

DNA-Stück

Polymerase DNA-Bausteine C, A, T, G

Transkriptomik – Die RNA-Welt www.gensuisse.ch

1. Die Kuriere – mRNA

2. Gene verstummen lassen – siRNA

3. Hilfsgefährten der mRNA – snRNA

5. Die Aminosäure-Schlepper – tRNA

4. Bausteine der Eiweissfabrik – rRNA

DNA

Startsequenz

Zelle

Schlusssequenz

Polymerase

TranskriptionRNA

siRNA

mRNA

snRNA-Komplex

snRNA

Spleissen

Lysin

G C U

AAG

tRNA

Protein

Ribosom (Eiweissfabrik)

rRNA

Anticodon

Translation

Aminosäure

Alanin

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Gewinnung embryonaler Stammzellen

Körperzelle

entkernte Eizelle

Samenzelle

Teilung

In-vitro-Befruchtung

BlastocysteDer Embryo entwickelt sich

ca. fünf Tage im Labor.

Spezialisierte ZellenDurch Zugabe geeigne-ter Wachstumsfaktoren entstehen spezialisierte

Körperzellen.

Zellkern

Eizelleeinzelliger Embryo

Kerntransfer

StammzelllinienIm Blastocystenstadium ent-nommene Zellen können als undifferenzierte embryonale Stammzelllinien gezüchtet

werden.

Embryonale Stammzellen

www.gensuisse.chBehandlung von Krebs

1. Gewebeprobe entnehmen

2. Den Tumor vergleichen 3. Genetischer Typ des Tumors

Krebszelle

Rezeptor

Wachstumsfaktor mRNA

therapeutischer Antikörper

Sonde

4. Biologische Krebsbehandlung

www.gensuisse.chSomatische Gentherapie

1. Zellen mit defektem GenBlutbildende Stammzellen mit fehlerhaften

ADA-Genen werden dem kranken Kind entnommen. Die Zellen kön-

nen, ohne dass sie Schaden nehmen, im Labor auf-

bewahrt werden.

5. Das neue Gen wirktZurück im Körper des Kindes bauen die gentechnisch veränderten Blutstammzellen eine gesunde Immunabwehr auf. Das Kind ist von der lebensbedrohlichen Krankheit geheilt.

2. Gesundes Gen isolierenAus den Zellen eines gesunden Spenders oder einer Spend-erin wird die DNA isoliert und das Gen für die Adenosin -

Deaminase (ADA) herausgeschnitten. Dieses Gen wird in ein abgeschwächtes Virus geschleust, das keine Infekti-

onen mehr aus lösen kann.

4. Zellen mit Exra-GenMit etwas Glück baut sich das

ADA-Gen ins Erbmaterial der Blutstammzellen ein. Die erfolg-

reich behandelten Zellen werden im Labor vermehrt.

3. Mittels Virus in die ZelleDie blutbildenden Stammzellen des

Kindes werden im Labor mit den transgenen Viren zusammenge-

geben. Wie eine Art Gentaxi reist das Virus in die Zelle und schleust das gesunde ADA-Gen in den Zellkern ein.

blutbildendeStammzelle

defektes ADA-Gen

gesundes ADA-Gen

Virus mit eingebautem ADA-Gen

blutbildende Stammzellemit eingeschleustem ADA-Gen

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2. Der Körper reagiert

Passive ImpfungAktive Impfung

1. Der Körper wird attackiert

Erreger-Bruchstücke

Antikörper

Bakterium

Makrophage

Helferzelle aktivierte B-Zelle

Gedächtnis B-Zelle

Antigen

Antikörper

Antikörper freisetzende B-Zelle

Gewebezelle

Immunsystem und Impfungen

3. Das Immunsystem wird aktiviert

www.gensuisse.chVererbung

dominanter Erbgang

rezessiver Erbgang

krank gesund gesund,Träger

gesund,Träger

Muttergesund

Vaterkrank

Muttergesund, Trägerin

Vatergesund, Träger

Keimzellen

Kinder

Eltern

Samenzelle

Eizelle

krank krankgesund gesund

www.gensuisse.chZucht einer transgenen Pflanze

5. Einschleusen der Gene

Ackerschmalwandmit Fremdgen

Pflanzenzelle

1. Ein Bakterium als Gentaxi

6. Kleiner Unterschied, grosse Wirkung

2. Das Gentaxi wird vorbereitet

3. Ein Unkraut steht Modell

4. Bakterien- und Pflanzenzellen werden zusammengebracht

Ti-Plasmid

einzubauendes Gen

Markergen

Agrobakterium

Ackerschmalwand Blattscheibchen derAckerschmalwand

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Entspricht 100 000 ha Anbaufläche für transgene Pflanzen Anbaufläche transgener Pflanzen 1996Zunahme Anbaufläche transgener Pflanzen bis 2001Zunahme Anbaufläche transgener Pflanzen bis 2006

Weltweiter Anbau von GV-Pflanzen Quelle: International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA), www.isaaa.org

Weltweiter Anbau von GV-Pflanzen

www.gensuisse.chBt-Mais

4. Mais mit eingebautem Schädlingsschutz

3. Das Bt-Protein nützen

1. Ein gefürchteter Schädling

2. Ein Eiweiss mit Wirkung

Maispflanzenzelle

Bacillus thuringiensis (Bt)

Bt-Protein

Bt-Gen

toter Maiszünsler

Bt-Protein junge Maispflanze

Maiszünsler

Bt-Mais

konventioneller Mais

www.gensuisse.chHerstellung eines Enzyms zur Blutzuckerbestimmung

Herstellung eines Enzyms zur Blutzuckerbestimmung

Herkömmliche Produktion im Bakterium Leuconostoc

Produktion im gentechnischveränderten E. coli-K12-Bakterium

2,5 % = 160 kg

0,8 % = 1 m3

1,5 % = 200 kg

2,0 % = 30 m3

0,02 % = 0,2 m3

Verbrauch an Nährstoffen 6400 kg = 100 %

Verbrauch an Trinkwasser 120 m3 = 100 %

Einsatz von Ammoniumsulfat 13 000 kg = 100 %

Verbrauch an Kühlwasser 1500 m3 = 100 %

Abwassermenge 1200 m3 = 100 %

Stromverbrauch 4000 kWh = 100 % 2,5 % = 100 kWh

Quelle: Bayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz

www.gensuisse.chAktive Krebsimmuntherapie

Passive Krebsimmuntherapie

1.

3.

PD-1

PD-L1

T-Zelle

Krebszelle

Krebszelle

Krebszelle

2.

T-Zelle

T-Zelle

SynthetischerAntikörper

PD-L1

PD-1

Krebszelle

monoklonaler Antikörper

Antigen

Antigen