Biotech- Gentech recov

Grundideen der Gentechnik
Die Gentechnik kombiniert Biotechnik und Züchtung.
Wie in der Züchtung wird die Erbinformation eines
Lebewesen verändert. Dabei nutzte man in den Anfängen
der Gentechnik vor allem Mikroorganismen.
Der Stoffwechsel eines gentechnisch-veränderten
Organismus wird dabei derart modifiziert, dass gezielt
bestimmte Stoffe abgebaut oder aufgebaut werden bzw.
Zwischenprodukte oder Enzyme isoliert werden können.
Grundlagen für die Gentechnik sind das Wissen über die
Struktur der Erbinformation, über dessen Modifizierbarkeit
und über die Informationen innerhalb der Erbinformation,
die für die Merkmale verantwortlich sind, welche man
verändern bzw. in einem Organismus neu erzeugen
möchte. Prinzipell also das Wissen über die Gene.
DNA
Struktur
DNA liegt in der Zelle
in Form eines
Doppelstranges vor.
Das Rückgrat besteht
aus dem Zucker
Desoxyribose und
Phosphatresten. An
den Zucker sind die
vier Basen A, T, C
und G gebunden.
Die Abfolge der
Basen (Sequenz)
enthält die
Informationen für
Proteine.
Ein Gen codiert für
ein Protein.
Grundtechniken der Gentechnik
Um Merkmale eines Organismus zu verändern
bzw. von einem zum anderen zu übertragen,
muss die Erbinformation manipuliert werden.
Die wichtigsten Techniken sind:
- Zerschneiden von DNA (gezielt)
- Zusammenfügen von DNA (Bau von
Erbgut)
- Vervielfältigen von DNA
- Bestimmen der Sequenz der DNA
(Sequenzierung)
- Transfer von DNA in einen
Empfängerorganismus (Vektor)
- Selektion der Organismen mit neuen
Merkmalen.
Schneiden von DNA
1. Lies den Infotext zum Schneiden von DNA.
2. Merke dir die Bedeutung der wichtigen Fachbegriffe:
Restriktionsendonuclease, Palindrom, „klebrige Enden“ =
„sticky ends“.
3. In Fragmente welcher Grösse (Anzahl Basenpaare...bp) könnte man
folgendes DNA-Stück mit den vier beschriebenen
Restriktionsenzymen schneiden:
5‘-AGCTAATTGAATTCTTTATCGTCCTGCAGGTTTCCGATATTA-3‘
4. Wieso ist es möglich, dass verschiedene Individuen einer Spezies
unterschiedlich viele und eine unterschiedliche Verteilung von
Restriktionsstellen besitzen (denke an den genetischen Code).
5. Der RFLP...Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus hilft bei
der Erstellung eines genetischen Fingerabdruckes. Was könnte der
Ausdruck bedeuten?
6. Was könnte das Zerschneiden der ringförmigen DNA aus dem
Bakterium E. coli nützen (vor und nach der Übertragung auf das
Bakterium)?
Lambda (λ-DNA)
Ergebnisse
Restriktionsverdau
Zusammenfügen von DNA
Das Schneiden von DNA allein reicht nicht aus, um
das Erbgut eines Organismus zu verändern. Hat man
z.B. ein Gen ausgeschnitten, so muss es auch wieder
in ein grösseres Stück DNA „eingeklebt“ werden.
Dies bewerkstelligt die DNA-Ligase.
Wohin mit dem Gen?
Um ein gentechnisch-verändertes Lebewesen zu
erzeugen, muss DNA (durch Schneiden und „Kleben“
erzeugte sog. rekombinante DNA) in ein Lebewesen
übertragen werden. Dies muss so geschehen, dass das
Lebewesen auch etwas mit dem neuen Gen anfangen
kann.
1. Zunächst muss die veränderte DNA in ein TransportDNA-Molekül gebracht werden, in einen sog. Vektor.
2. Nun muss eine geeignete Methode gewählt werden,
wie dieser Vektor in die Zielzellen eingebracht werden
kann.
3. Bei Mikroorganismen ist dies einfach, bei Pflanzen
schon schwieriger und bei höher entwickelten Tieren
sehr schwer möglich.
Gentransfer
pGem1
pGem1 ist ein kommerziell
erhältliches Plasmid, welches
als Vektor für die
Übertragung von DNA in
Bakterien genutzt wird.
Es enthält das Gen für die
Resistenz gegen Ampicillin.
Ausserdem enthält es diverse
Schnittstellen für
Restriktionsenzyme, die in
der MCS (multiple cloning
site) vereint sind.
Restriktionsanalyse
Um das Vorhandensein eines Plasmids (z.B. pGem1) in
Bakterien nachzuweisen, kann das Plasmid isoliert werden
und mit einem Restriktionsenzym geschnitten werden.
Wie werden sich Plasmide mit und ohne fremder DNA
unterscheiden?
Ist es notwendig, dass innerhalb der fremden DNA ebenfalls
eine Restriktionsschnittstelle sitzt?
Das erwartete Ergebnis kann bereits vorher virtuell beschafft
werden:
1. Sequenz des Plasmids aus Genbank holen.
2. Sequenz auf Schnittstellen durchsuchen.
3. Virtuellen Restriktionsverdau durchführen und erwartete
Fragmentgrössen in einem virtuellen Gelbild darstellen.
4. Vergleich des erwarteten Ergebnisses mit den echten Gelen.
Gelbilder
Was lief falsch bei Gruppe 4, bei Gruppe 6, bei Gruppe 7?
Plasmid DNA, die nicht bzw. nur einmal geschnitten wurde,
kann auf dem Gel in verschiedenen Formen vorkommen.
Zusammenfassung der
Techniken
Selektion transgener Zellen
An welcher Stelle des Prozesses können
unerwünschte Ereignisse auftreten?
Nur jedes 100000. Bakterium nimmt ein
Plasmid auf.
Worin könnte der Vorteil von
Fluoreszenzmarkern bestehen?
Grundtechniken der Gentechnik
Um Merkmale eines Organismus zu verändern
bzw. von einem zum anderen zu übertragen,
muss die Erbinformation manipuliert werden.
Die wichtigsten Techniken sind:
- Zerschneiden von DNA (gezielt)
- Zusammenfügen von DNA (Bau von
Erbgut)
- Vervielfältigen von DNA
- Bestimmen der Sequenz der DNA
(Sequenzierung)
- Transfer von DNA in einen
Empfängerorganismus (Vektor)
- Selektion der Organismen mit neuen
Merkmalen.
Woher bekommt man das Gen?
Um einen transgenen Organismus herzustellen, der
ein ihm eigentlich fremdes Gen exprimiert und
damit eine neue Eigenschaft hat, bedarf es
folgender Vorarbeiten:
1. Finden eines Organismus mit den gewünschten
Eigenschaften bzw. mit dem gewünschten Gen.
2. Herausfinden der Sequenz des Gen.
3. Auffinden, gewinnen und vervielfältigen der DNA
mit dem gewünschten Gen.
Erst jetzt kann das Gen an seinen Enden geschnitten
und in einen Vektor eingefügt werden.
Den Gesamtprozess nennt man
Klonieren.
Genombibliothek