5.4 Anwendungen der Gentechnik 1. Methoden des Gentransfers: Wie wird die Fremd-DNA in Wirtszellen übertragen? (Schroedel S. 459): a) Viren b) Ti-Plasmid des Agrobacteriums tumefaciens (nur bei Pflanzen) c) Mikroinjektionen (z. B. bei Säugetieren in den Spermiumvorkern) d) Liposomen e) Partikelpistolen, die mit Fremd-DNA beschichtete Goldpartikel in Zellen (auch durch Zellwände hindurch) schießen. 2. Anwendungsgebiete: Wohin und wozu wird die DNA übertragen? (Buch S. 457-460) a) in Mikroorganismen (Bakterien, Hefen, auch Säuger-Zellkulturen) Ziele: Herstellung von Enzymen und anderen Proteinen, z. B. Medikamente wie Insulin, Gerinnungsfaktoren, Impfstoffe etc. b) in Pflanzen: grüne Gentechnik Ziele: schon verwirklicht: am häufigsten Resistenzen gegen Unkrautvernichtungsmittel (Herbizide), Widerstandsfähigkeit gegen Schädlinge (z. B. Gift des Bacillus thuringiensis (Bt-Toxin) gegen die Larven des Maiszünslers), Antimatschtomate (mit Hilfe von Antisense-RNA), Einbau von Genen zur Vitamin-A-Produktion in Reis geplant: Enzyme zur Stickstofffixierung aus Knöllchenbakterien, Impfbananen: Ihnen sollen Teile der DNA von Krankheitserregern eingebaut werden, so dass man nach Verzehr der von den Bananen produzierten Erregerproteine (Antigene) eine Immunität gegenüber dem Erreger entwickelt. c) in Tieren: Ziele: Produktion des Genprodukts (Protein) der eingebauten DNA, z. B. Alpha-1Antitrypsin, und Ausscheidung mit der Milch größere Erträge durch Einbau von „Wachstumsgenen“ in fleischliefernde Nutztiere (die Grenzen scheinen aber durch die herkömmlichen Zuchtmethoden oft schon ausgereizt zu sein, gentechnisch veränderte Schweine mit menschlichem Wachtumsgen litten zudem auf Grund des hohen Gewichtes an Arthrose) angewandt bei Lachsen, die die normalen verdrängten (ökologisches Problem) d) Einbau in menschliche Körperzellen (somatische Gentherapie): Das betroffene Gen wird z. B. in Stammzellen des Knochenmarks (Blutbildung) ausgetauscht, bzw. die Information für ein therapeutisches Gen eingebaut. Verändert, d. h. geheilt sind nur die manipulierten Zellen und die Zellen, die durch Mitose aus den manipulierten hervorgegangen sind, nicht aber die Nachkommen des betreffenden Individuums. Für die somatische Gentherapie bieten sich daher nur Krankheiten an, die nur bestimmte Zellen betreffen. (vgl. Beispiel auf S. 460 Schroedel) Erbkrankheiten, für die gentherapeutische Eingriffe entwickelt werden: Erbkrankheit Produkt des intakten Gens Zielzellen Thalassämie Hämoglobin-Bestandteile Knochenmarkszellen Hämophilie A Blutgerinnungsfaktor VIII Leber- oder Bindegewebszellen Hämophilie B Blutgerinnungsfaktor IX Leber- oder Bindegewebszellen Hypercholisterinämie LDL-Rezeptor Leberzellen Muskeldystrophie Muskelprotein Dystrophin Muskelzellen e) Einbau in menschliche Keimzellen (Keimbahntherapie): Würde man in den Samen- oder Eizellen oder der Zygote Gene ersetzen bzw. therapeutische Gene einbringen, so wären alle Zellen des entstehenden neuen Menschen verändert. In Deutschland ist dies durch das Embryonenschutzgesetz verboten (auch Gefahr der Menschenzüchtung) f) Gendiagnose: Heute häufig mit Hilfe von DNA-Chips, siehe Schroedel S. 460 6.1 Reproduktionstechnik (Schroedel S. 462-465) 1. Künstliche Befruchtung = Befruchtung im Reagenzglas (IVF) 2. Stammzelltechnik 3. Klonen + therapeutisches Klonen 6.2 Diagnoseverfahren am Ungeborenen 1. Fruchtwasseruntersuchung 2. Chorionzottenbiopsie 3. PID = Präimplantationsdiagnose: Untersuchung von einzelnen Zellen des durch IVF entstandenen Embryos, bevor dieser in die Gebärmutter gebracht wird.