Notizen zu angewandter Genetik und Gentechnik

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.