Biologie in der Oberstufe

Angewandte Gentechnik (Gentechnik und Reproduktionsbiologie) Teil 1

Benenne Einsatzfelder der angewandten Biologie.

Medizin, bei der Erforschung von Krankheitsursachen und der Entwicklung diagnostischer und therapeutiger Verfahren sowie bei der Medikament- und Impfstoffherstellung. Industrie, bei der Herstellung von Chemikalien mittels Enzymen, für die gentechnisch veränderte Mikroorganismen nötig sind sowie bei der Fermention(=Gärung) und Umwelttechnik. In der Landwirtschaftlichen Produktion, bei der Nutzpflanzenherstellung, die andere Anbaueigenschaften und Inhaltsstoffe aufweisen.

Definiere den Begriff Gentechnik.

Die Gentechnik ist eine biologische Teildisziplin, deren Ziel es ist, Gene zu isolieren, analysieren, gezielt zu verändern und in einen Organismus zu übertragen.

Dabei gibt es grundsätzlich drei Anwendungen:

Das Ziel...

...größere Mengen an eingeschleuster Fremd-DNA zu erhalten. Dazu werden die transgenen Zellen vermehrt und die Fremd-DNA extrahiert.

...das Protein zu gewinnen, für das die Fremd-DNA codiert. Dazu werden die transgenen Zellen erst vermehrt, dann zur Proteinbiosynthese angeregt, schließlich werden die hergestellten Proteine isoliert und gereinigt. (z.B. Insulin, Medikamente)

...einem Organismus neue Eigenschaften zu verleihen. Dazu wird ein Organismus aus einzelnen transgenen Zellen regeneriert. Die neuen Eigenschaften werden vererbt. (z.B. Moskitos steril machen, Gene-Pharming)

Definiere die Begriffe Transformation und Transduktion.

Die Transformation ist eine natürliche Form des Gentransfers zwischen Bakterien. In der Gentechnik wird mit diesem Begriff die Übertragung der rekombinanten Vektor-DNA auf die Zellen eines Wirtes (Bakterium) bezeichnet. Hier dient ein Plasmid als Vektor.

Die Transduktion ist ebenfalls eine natürliche Form des Gentransferns in Bakterien. In der Gentechnik wird damit der Gentransfer durch Viren bezeichnet. Hier dienen Viren als Vektor.

Die Transformation ist wie folgt von der Konjugation abzugrenzen: In der Transformation nimmt das Bakterium freie DNA auf (also in der Gentechnik ein Plasmid). In der Konjugation hingegen überträgt ein Bakterium mit Fertilitätsfaktor einen Teil seines Genoms in das andere Bakterium ohne Fertilitätsfaktor.

Definiere die Begriffe Plasmid, Vektor und Restriktionsenzym.

Plasmide sind kleine, ringförmige, doppelsträngige DNA-Moleküle, die im Bakterium frei und nicht im Zentrosom vorliegen und sich auch unabhängig replizieren können. In der Gentechnik werden Plasmide häufig als Vektoren verwendet. In Bakterien codieren sie für keine lebenswichtigen Funktionen, sondern befähigen zu ungewöhnlichen Stoffwechselleistungen.

Vektoren dienen der Übertragung von Fremd-DNA in eine Empfängerzelle. Sie sind quasi eine Genfähre. Es herrschen für diesen Zweck gewisse Anforderungen an den Vektor: Er muss rezplizierbar sein, also eine Erkennungssequenz für Replikationsenzyme aufweisen. Er muss zudem einfach und in großen Mengen isolierbar sein, benötigt geeignete Schnittstellen für Restriktionsenzyme, damit der Einbau der Fremd-DNA möglich ist, ohne dass die Funktion des Vektors gestört wird. Er benötigt außerdem zwei genetische Marker für die Selektion, dies können beispielsweise Antibiotikaresistenzgene sein oder Gene, die für ein Enzym codieren, das die Wirtszelle selbst nicht bilden kann.

Restriktionsenzyme sind Enzyme, also Proteine, die substrat- und wirkungsspezifisch schneiden. Dies bedeutet, dass diese Enzyme nur an bestimmten Basensequenzen schneiden. Viele nicht gerade, sondern versetzt. Ursprünglich dienten sie in Bakterien der Abwehr von Phagen, indem sie die Phagenvermehrung durch Zerschneiden einschränken.