Lernzettel zum Thema angewandter Gentechnik, inklusive transgener Tiere und Pflanzen, Insulinproduktion, die Rolle von Bakterien bei der Gentechnik, PCR-Verfahren, genetischer Fingerabdruck in der Kriminalistik und bei Vaterschaftstests
T12 Angewandte Genetik
Ziel: Entwicklung effizienter technischer Verfahren zur Produktion von bestimmten Produkten, wozu
die Eigenschaften und Fähigkeiten von Lebewesen genutzt werden
Bsp.: Nahrungsmittelproduktion, Wirkstoffe für Medikamente, Diagnose- und Therapiemöglichkeiten
Gentechnik ermöglicht gezielte Eingriffe in das Erbgut (DNA wird isoliert, gezielt verändert, neu
kombiniert oder übertragen)
Bakterien als Vorbilder:
Bakterien sind Prokaryonten, die ihr genetisches Material in ringförmigen Chromosomen und DNA-
Ringen (Plasmide) frei im Zellplasma liegen haben tauschen bzw. übertragen ihre DNA
Konjugation: Bakterium überträgt mithilfe einer Plasmabrücke Kopien seiner Plasmide in ein
anderes Bakterium. Die Kontaktaufnahme ist einem Bakterium nur möglich, wenn es ein F-
Plasmid enthält (Gen für die Ausbildung von einer Plasmabrücke)
Transformation: Bakterien nehmen ohne Kontakt mit anderen Zellen freie DNA-Stücke aus
ihrer Umgebung auf und bauen sie in ihr Chromosom ein
Transduktion: Bakteriophagen (=Viren, die Bakterien als Wirtszellen befallen und ihre eigene
DNA in das Bakterienchromosom einbauen) übertragen DNA-Stücke von Bakterienzellen in
andere
Insulinproduktion:
= Produktionsverfahren, mit dem menschliches Insulin hergestellt werden kann
Vorteile: große Mengen, keine Antikörperbildung keine allergischen Reaktionen, höhere
Wirksamkeit
Schritt 1: Schneiden der DNA.
Restriktionsenzyme erkennen bestimmte Basenabfolgen der DNA (=Erkennungssequenzen) und
schneiden an diesen Stellen die DNA-Stränge durch. Es entstehen unterschiedlich lange DNA-
Abschnitte, wovon eines das Insulin-Gen enthält.
Schritt 2: Identifikation des Insulin-Gens.
Gensonden (=kurze DNA-Stücke mit Markerstrukturen) besitzen die komplementäre Basenabfolge
des Insulin-Gens. Bei Erhitzung der DNA-Abschnitte zerfallen diese in zwei Einzelstränge und die
Gensonde lagert sich an die komplementäre DNA-Basensequenz des Insulin-Gens und markiert
dieses.
Schritt 3: Vermehrung des Insulin-Gens.
Vervielfältigung des Insulin-Gens (=DNA-Klonierung) erfolgt durch die Polymerase-Kettenreaktion
(PCR).
, Schritt 4: Rekombination der DNA des Bakteriums.
F-Plasmide von Bakterien (Gentaxis) transportieren das Insulin-Gen in die Bakterienzelle. Diese
benötigen für eine erfolgreiche Übertragung:
Schnittstelle für das Restriktionsenzym
Antibiotikum-Resistenz-Gen
Möglichkeit, sich im Bakterien zu vermehren
Das passende F-Plasmid wird aus dem Bakterien entnommen und mithilfe von dem gleichen
Restriktionsenzym, das zuvor bei der menschlichen DNA verwendet wurde, an einer bestimmten
Stelle aufgeschnitten Enzym hinterlässt ein bestimmtes Schneidemuster, welches dem DNA-
Abschnitt mit dem Insulin-Gen ermöglicht, sich wie ein Puzzlestück einzufügen. Mithilfe der DNA-
Ligase wird das DNA-Fragment mit dem Plasmid verbunden Rekombinantes Plasmid
Schritt 5: künstlich angeregte Transformation.
Durch z.B. Hitze, Kälte, Calciumchlorid oder Stromspannungen werden die Zellmembranen der
Bakterienzellen für das Plasmid durchlässig das rekombinante Plasmid gelangt wieder in das
Bakterium (=Transformation)
Ohne Vektor:
DNA wird in Fettkügelchen verpackt und durch Endozytose aufgenommen
Mikroinjektion: DNA wird in die Zelle injiziert
Genkanone: DNA wird mit beschichteten Goldkügelchen in die Zelle geschossen
Schritt 6: Selektion der gentechnisch veränderten Bakterien.
Nicht alle Bakterienzellen nehmen das veränderte Plasmid auf: Bakterien mit dem Plasmid weisen
auch eine Antibiotikum-Resistenz auf und können sich bei Aussetzung mit Antibiotikum trotzdem
vermehren. Die Bakterien, die das rekombinante Plasmid nicht aufgenommen haben, sterben dabei
ab.
Schritt 7: Insulinproduktion durch Bakterien.
Das menschliche Gen im Plasmid wird genauso abgelesen wie die Bakterien-Gene Bakterien
produzieren das menschliche Hormon Insulin wird aus der Bakterienkultur herausgelöst, gereinigt
und als Medikament zur Verfügung gestellt.
Transgene Pflanzen:
Ziel: noch widerstandsfähigere und ertragreichere Pflanzen zu züchten
Früher: Künstliche Selektion: Auswahl von 2 Elternteilen mit je einem der gewünschten Merkmale
(=Auslesezucht) und anschließende Kreuzung dieser (=Kreuzungszucht) große Anzahl von
Kulturpflanzen, die sich von den Wildpflanzen teils stark unterscheiden
Bsp.: Mutationszüchtung: Die Vermehrung des Chromosomensatzes (Polyploidisierung) kann bei
Pflanzen zu besser ausgeprägten Merkmalen führen Pflanzensaatgut wird mit Mutagenen
behandelt, um die Mutationsrate künstlich zu erhöhen.
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