Erwin R. Schmidt

Institut für Molekulargenetik

Gentechnologische Sicherheitsforschung

& Beratung

Thema Gentechnologie

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Leider schon etwas veraltet, letzte Auflage 2002

Molecular Biology of the Gene 6th Edition

Watson, Baker, Bell, Gann, Levine, Losik

CSHL Press ISBN 0-321-50781-9

ca. 77,90 € bei Amazon

Bewertung Amazon *****

Biotechnologie

Thieman; Palladino

ISBN-13: 978-3827372369 2005

445 Seiten, 116 s/w Abb., 598 farb.

Abb., Gebunden

Verlag: Pearson Studium (März 2007)

44,95 Euro

Frankensteins Monster oder Turbokühe?

Beispiele für gentechnische

Erfolge und Möglichkeiten

Maus mit Gen für grün fluoreszierendes Protein

Nobelpreis für Chemie 2008

für Grün-fluoreszierendes Protein

Roger Tsien, Osamu Shimomura und Martin Chalfie, Nobel in Chemie 2008

Leuchtende Zierfische

mit Genen für fluoreszierende Proteine aus Korallen

(seit Dezember 2003 frei verkäuflich in den USA)

Ziel: Überwachung von Abwässern: Transgene gesteuert durch Hormon-induzierbaren Promotor.

z. B. Östrogen im Abwasser Fische leuchten.

Eine weitere Anwendung ist die Kontrolle unter dem Stress-

response-Promotor. Die Fische leuchten dann, wenn

Schwermetalle oder Toxine im Wasser vorhanden sind

Transgene Drosphila-Fliege mit dem Gen für das „Grün-fluoresziierende-

Protein“ (GFP) aus einer Qualle. Die Expression des GFP-Gens

wird durch den augenspezifischen Promotor des „eyeless“-Gens gesteuert

Gentechnisch mit GFP modifizierte transgene Mäuse

Rechts-links-Asymmetriegene steuern grün- und

rot-fluoresziierende Proteinexpression bei der

Krallenfrosch-Kaulquappe

Zu Weihnachten einen leuchtenden

Genbaum?

Lachse, die bis zu 30mal schneller wachsen

Die oberen 5 Lachse enthalten ein zusätzliches Gen für

Wachstumshormon

Drosophila Fliegen mit beta-Galactosidase-Gen unter der Kontrolle

des Hitzeschockpromotors von HSP 70, rechte Fliege mit

Hitzeschockbehandlung – Blaufärbung zeigt beta-Gal-Aktivität

Planzen, die ihre eigenen Insektizide

produzieren:

die Pflanze unten rechts

enthält das Gen für das natürliche

Insektizid Bazillus thuringiensis

Toxin aus dem gleichnamigen

Bakterium

Erste Spalte: Überexpression des „Dehydration-response-element-binding protein“

Die Pflanzen sind kälte-, trockenheit- und salzresistenter als der Wildtyp (Spalte

rechts)

Transgene Pflanzen,

die gleichzeitig

gegen Kälte,

Trockenheit

und Salz

unempfindlich sind

Pflanzen, die sich selbst

sterilisieren: Die transgene Pflanze rechts

enthält ein „Selbstmordgen“

(codiert für eine RNase),

welches spezifisch in den

Antheren exprimiert wird.

Die RNase zerstört die RNA

in den Antherenzellen, die

dadurch absterben und die

Staubgefäße verkümmern.

Die Pflanze ist männlich

Steril!

Riesenmäuse:

die braune Maus enthält ein zusätzliches

Gen für Wachstumshormon

Klonierung von Säugetieren und

Gentechnologie

Das klassische gentechnische Experiment:

Paul Berg, Nobel-Preis 1980

Wer hat die Gentechnologie

erfunden?

Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene

psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica

Mary E. Rumphoa,1, Jared M. Worfula, Jungho Leeb, Krishna Kannana,

Mary S. Tylerc, Debashish Bhattacharyad,

Ahmed Moustafad, and James R. Manharte PNAS November 18, 2008 vol. 105 no. 46 17867–17871

The Vaucheria litorea. algal nuclear gene for oxygenic photosynthesis,

psbO, is expressed in the sea slug and has integrated

into the germline.

Die Natur!

Wer hat die Gentechnologie

erfunden?

Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene

psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica

Mary E. Rumphoa,1, Jared M. Worfula, Jungho Leeb, Krishna Kannana,

Mary S. Tylerc, Debashish Bhattacharyad,

Ahmed Moustafad, and James R. Manharte PNAS November 18, 2008 vol. 105 no. 46 17867–17871

The Vaucheria litorea. algal nuclear gene for oxygenic photosynthesis,

psbO, is expressed in the sea slug and has integrated

into the germline.

Die „Genklonierung“

in Bakterien

Spender-DNA Vektor-DNA

DNA-Ligase

Restriktionsenzym

Rekombinante

DNA

Transformation

Spender –DNA:

-die DNA aller Organismen inklusive der Viren

- aus der RNA hergestellte cDNA (complementary DNA)

-chemisch-synthetische DNA

-in vitro mutagenisierte DNA

-und natürlich alle Kombinationen davon

Entdecker der Restriktionsenzyme

Nobelpreis 1978

Daniel Nathans

Werner Arber

Hamilton O. Smith

Erkennungssequenz

Hochmolekulare DNA

Typ II-Restriktionsenzyme erkennen und schneiden die

DNA an palindromischen Sequenzen

z. B. 5´-GGAATTCC-3´

In der Gentechnologie

ist die Neukombination

unterschiedlicher DNA-

Moleküle wichtig.

Das Verknüpfen von DNA-

Molekülen erledigt das

Enzym „DNA-Ligase“

Komplementäre

überhängende Enden

(„sticky ends“)

erleichtern das

Wiederverknüpfen

von DNA-Molekülen

Die DNA-Ligase verknüpft zwei DNA-Moleküle

Die DNA-Ligasen sind in der Lage, Phospho-

diesterbindungen zu knüpfen. Sie brauchen dafür

Energie, die entweder durch ATP oder NAD+

geliefert wird

T4-DNA-Ligase

E. coli DNA-Ligase

Ligase AMP

Ligase

AMP

Für die Selektion

der gewünschten

rekombinanten

Klone braucht man

die

Vektor-DNA

Funktionen der Vektor DNA

• Sorgt für Replikation in der Wirtszelle

• Stellt selektierbare Markergene bereit

• Hat Vielzweck-Klonierungsstelle

• Trägt Signalsequenzen für Genexpression

• Verschiedenste Modifikationen für spezielle Anwendungen (z. B. „Shuttle“ zwischen Pro- und Eukaryoten; Elemente für künstl. Chromosomen)

Typische Vektoren besitzen einen Replikationsorigin (Ori),

selektierbare Marker-Gene und eine multiple Klonierungsstelle

Blau-Weiß-Selektion mit Hilfe von Vektoren,

die das lac Z-Gen als Marker-Gen tragen:

Für die Expression fremder Gene gibt es spezielle Expressionsvektoren mit

Signalsequenzen für die korrekte Transkription und Translation in Bakterien

Gentechnologie an höheren Organismen ist komplizierter

als bei Bakterien wegen der Vielzelligkeit solcher Organismen

Die fremde DNA muss in

die Chromsomen der

Keimzellen gelangen.

Eine gängige Methode ist

die Mikroinjektion der DNA

in den Zellkern einer

befruchteten Eizelle

Herstellung einer transgenen

Maus

Ein besonderes Verfahren zur

Herstellung transgener Mäuse

ist die Verwendung embryonaler

Stammzellen (ES-Zellen:

gentechnisch veränderte

embryonale Stammzellen,

„schwarze“ Zellen in der Abb.)

werden in einen frühen Embryo

(Blastozyste) injiziert. Die ES-

Zellen nehmen an der Entwicklung

teil. Es entsteht ein chimäre Maus

(erkennbar am gescheckten Fell).

Auch die Keimzellen dieser Maus

stammen z. T. von den transgenen

ES-Zellen ab. Durch Kreuzung

entstehen Mäuse, die

von den transgenen ES-Zellen

abstammen (schwarze Maus).

Maus-Chimären aus embryonalen

Stammzellen-Transplataten

Ein besonderes

Verfahren ist die

Herstellung von so

genannten

„knock out“

(k.o.)-Mäusen:

In einer ES-Zelle wird

durch homologe

Rekombination ein

intaktes Gen durch ein

defektes ersetzt. Aus den

gentechnisch veränderten

ES-Zellen werden Mäuse

regeneriert mit dem

defekten Gen (siehe

vorherige Folie) defektes Gen

Der Knock-out kann auch

„konditional“ sein , d. h. unter

bestimmten Bedingungen,

nach Belieben induziert

werden, indem eine

intakte Genkopie von zwei

„Rekombinationssequenzen“

(z. B. lox-P-Sequenzen)

flankiert in die Maus

Eingebaut wird. Durch

Einkreuzen eines Rekom-

binase-Gens wird die Gen-

kopie aus dem Chromosom

heraus geworfen und damit

funktionsunfähig

Pflanzengentechnologie

Ein natürlicher Helfer für die

Pflanzengentechnologie ist das Bakterium

Agrobakterium tumefaciens

Tumorgallen durch A. tumefaciens

Pflanzengentechnologie A. tumefaciens injiziert die T-DNA in die Pflanzenzelle,

um sie zu mehr Wachstum anzuregen

Pflanzengentechnologie DNA-Transfer mit Hilfe von Agrobakterium tumefaciens http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/294/5550/2317.pdf

Typischer Pflanzenvektor auf der Basis des

Agrobakterium tumefaciens Ti-Plasmids

Bei Pflanzen, die nicht mit A. tumefaciens

infiziert werden können, kann die

„Genkanone“ eingesetzt werden

Zugelassene GVOs/

GVO-Produkte/USA z.T. Europa

Tabelle: Anzahl der

Genehmigungen pro Pflanzenart

in Nordamerika und in der EU

(Stand März 2000)

EU

- Mais (13)

- Sojabohne (6)

- Tomate (6)

- Baumwolle (5)

- Raps (5)

- Kartoffel (4)

- Kürbis (2)

- Zuckerrübe (2)

- Papaya (1)

- Radicchio (1)

- Flachs (1)

- Reis (1)-

Mais (4)2

- Raps (3)2

- Nelke (3)

- Sojabohne (1)1

- Radicchio (1)3

- Tabak (1)

- Raps (14)

- Mais (11)

- Kartoffel (5)

- Baumwolle (3)1

- Tomate (3)2

- Kürbis (2)1

- Sojabohne (2)

- Flachs/Lein (1)

- Weizen (1)

1: Zulassung nur zu Import, Lagerung und

Verarbeitung nicht zum Anbau

2: davon eine Linie nur zugelassen zu Import,

Lagerung und Verarbeitung, nicht zum Anbau

3: Zulassung nur zur Saatguterzeugung Quelle: RKI, APHIS/USDA, ”Canadian Plant Biotechnology Office”.

Weltweit. Anbauflächen mit gentechnisch

veränderten Pflanzen 1996-2008 in

Millionen Hektar.

Fläche* Fläche GVO Anteil GVO

Soja 91 65,8 72%

Mais 161 37,3 23%

Baumwolle 33 15,5 47%

Raps 28 5,9 21%

Anbau gentechnisch veränderter Nutzpflanzen (GVO)

• *Anbaufläche weltweit in Mio Hektar

• % Anteil GVO an Gesamtanbaufläche

http://www.transgen.de/anbau/eu_international/

531.doku.html

Ausführliche Informationen finden Sie hier:

Risiken der Freisetzung von

GVOs

Die am meisten diskutierten Risiken sind:

# Gentransfer

# Verwilderung des GVO/neue Unkräuter

# neue Pflanzenkrankheiten

# neue resistente Schädlinge

# “non target“ Effekte

# mangelnde Produktsicherheit

# Reduktion der Biodiversität

GVO: offizielle Abkürzung für „gentechnisch veränderter Organismus

Sicherheit in der Gentechnologie

http://www.bba.de/gentech/gentg.pdf

Wirtschaftliche

Bedeutung

der

Gen- und

Bitechnologie

Arbeitsplätze für

„Lebenswissenschaftler“

Gentechnik am Menschen

• Gentechnisch hergestellte Medikamente

• Somatische Gentherapie

• Keimbahngentherapie

• Klonierung von Menschen

Erfolgreiche Gentherapie mit

tödlichen Nebenwirkungen

• X-linked severe combined immunodeficiency disease (X-SCID), bekannt als "bubble baby syndrome.„

• 11 Patienten fehlte das Gen IL2RG

• Das Gen wurde in Stammzellen der Kinder überführt

• drei Kinder entwickelten Leukämie, bzw einen lymphatischen Tumor

• Das Transgen war bei beiden Kindern in das Tumorgen LMO2 hinein gesprungen