5.3 Isolierung einzelner Gene: Gensonden

Biologie 11, Herr Blaurock
5.3 Isolierung einzelner Gene: Gensonden
Um die Gen-Bibliothek eines Organismus, die bei der Shotgun-Klonierung entstanden ist, sinnvoll
auszuwerten ist eine Methode nötig mithilfe derer man gezielt nach einem DNA-Abschnitt sucht.
Hierzu nutzt man eine grundlegende Eigenschaft der DNA, die Hybridisierung:
Kommt ein einzelsträngiges DNA- oder RNA-Molekül mein einem weiteren Einzelstrang in
Berührung, dessen Basensequenz (teilweise) komplementär ist, so lagern sich die zwei
Moleküle von selbst zu einem Doppelstrang zusammen. Diesen Vorgang bezeichnet man als
Hybridisierung. Die Stärke der Anlagerung ist höher, je genauer die zwei Basensequenzen
übereinstimmen.
Wiederholung: Benenne die Wechselwirkung, die der Hybridisierung zweier DNA-Stränge zugrunde
liegt. Erkläre die Tatsache, dass genau komplementäre Einzelstränge eine stärkere Wechselwirkung
ausbilden. (Bei Problemen: Vgl. Buch S. 60)
Die DNA-Basen gegenüberliegender DNA- oder RNA-Stränge bilden untereinander
Wasserstoffbrücken aus. Aufgrund der Molekülstruktur können die Wasserstoffbrücken nur
zwischen den komplementären DNA-Basen entstehen. Je mehr komplementäre Basen sich also
gegenüberstehen, desto stärker die Wechselwirkung.
Gensonden sind künstlich hergestellte DNA-Abschnitte, die
diesen Effekt ausnutzen um Gene aufzuspüren. Zur
Herstellung von Gensonden wird die Aminosäuresequenz des
gesuchten Proteins in DNA-Basen übersetzt und ein dazu
komplementäres DNA-Molekül hergestellt. Allerdings
enthalten die DNA-Bausteine der Sonden radioaktive Atome
(meist Phosphor- oder Schwefelisotope). Lagert sich also eine
Gensonde an die DNA eines Bakteriums an, geht von der
Kolonie radioaktive Strahlung aus. Diese kann einfach mithilfe von Fotopapier sichtbar gemacht
werden um Kolonien zu identifizieren, welche die Gensonde, und damit das gesuchte Gen, enthalten.
Wiederholung: Aus dem Protein kann meist nur die ungefähre Basensequenz des Gens abgeleitet
werden (diese reicht zum Glück meist zur Hybridisierung). Erkläre!
Für fast jede Aminosäure besitzt der DNA-Code mehr als ein Basentriplett (siehe Codesonne, man
spricht von einem degenerierten Code). Da man nicht weiß welches Triplett im Gen für welche
Aminosäure herangezogen wurde erhält man meist nicht die exakte Basensequenz.
Auf der Abbildung rechts ist das Prinzip des Einsatzes von Gensonden zu sehen. Grundsätzlich ähnelt
die Methode der Stempeltechnik bei Markergenen, hier werden
allerdings die Kolonien auf dem Stempel mit alkalischen Chemikalien
behandelt, welche die Doppelstrang-DNA in Einzelstränge aufteilen
(denaturieren).
Aufgabe: Bei der Gensonden-Methode wird ein Stempelabbild der
Kolonien verwendet und im Anschluss mit der Originalplatte
verglichen, statt die Methode direkt mit der Originalplatte
durchzuführen. Begründe!
Das Ziel ist es ja die Kolonien, welche das gesuchte Gen enthalten,
für die Gentechnik weiterzuverwenden. Allerdings muss zur
Markierung die DNA in Einzelstränge aufgelöst werden und ist
danach nicht mehr verwendbar. Gerade auch weil die radioaktiven
Gensonden am gesuchten Gen haften!