Referat Gentechnik

mit dem thema "gentechnik" kannst du ganze bücher füllen ;)
hast du ein unterthema,
oder sollst du allgemein vorstellen?

der wikiartikel is gut, hab den neulich mal aus spaß gelesen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Gentechnik

du solltest auch unten bei den links auf der wiki-seite mal gucken, da sind interessante sachen dabei!

danke schonmal für die antworten, der wiki artikel ist echt gut, ich soll zum thema gentechnik allgemein und speziell über die herstellung von insulin. Ebenso soll ich ein paar weitere Beispiele nennen

das ist der Stoff aus dem Bio-Unterricht abgetippt. vielleicht ist was dabei


5.1Gentechnik
- genetischer Fingerabdruck (fingerprinting in der forensischen Medizin = Gerichtsmedizin)
- zum Nachweis genetisch bedingter Krankheiten
- zur Erzeugung gentechnisch, produzierten Proteinen (Impfstoffe, Hormone)
- Korrektur von Erbkrankheiten (Eingriff in die Keimbahn)
- in der Lebensmittelverarbeitung  Herstellung von Enzymen
- in der Nutzpflanzenzüchtung
- Veränderung der Inhaltsstoffe
- Erziehung höherer und sicherer Erträge
- in der Nutztierzüchtung
- zur Steigerung des Zuchtwertes
- Produktion pharmazeutischer Stoffe
5.2Werkzeuge der Gentechnik
Bakterien („Fabriken“), meist E.coli
- kein Zellkern (Prokaryot)
- besitzen zusätzliche DNA-Ringe (Plasmide)
- die Zellorganellen der höheren Pflanzen fehlen
- haben kleinere Ribosome als Eukaryoten
Bestimmte Bakterien / Spender mit einem besonderen Plasmid, dem Fertilitätsfaktor sind über den direkten Zellkontakt mit einem anderen Bakterium zum Austausch von Genmaterial fähig (Vorgang = Konjugation).
5.3Viren
„Genfähren“

- DNA oder RNA umgeben von einer Proteinhülle
- kleiner als Bakterien
- haben keinen eigenen Stoffwechsel, sie benötigen zu ihrer Vermehrung Wirtszellen und sind streng wirtsspezifisch
- sterben bei längerem Aufenthalt außerhalb des Wirtes ab
- Viren, die sich in Bakterien vermehren, nennt man Bakteriophagen
Bsp. T-Phage von E.coli

5.4Vermehrung der Phagen (Phagenzyklus)
(Schaubild siehe Rückseite)
1) Phage führt ihre Erbinformation in ein Bakterium ein (Injektion)
2) Das Bakteriengenom wird durch Enzyme aufgetrennt und die Virus-DNA wird integriert.
3) Virus-DNA wird aktiviert und neue Viren werden von der Wirtszelle aufgebaut. Die Wirtszelle wird anschließend aufgelöst (Lyse).  lytische Vermehrung (= Vermehrung unter Opfern)
5.5Ziel der Gentechniker
Gen mit der Information zur Produktion eines gewünschten Stoffes (z.B. Insulin) in eine Bakterienzelle zu integegrieren, die dann diesen Stoff produziert.
5.6Enzyme in der Gentechnik
- Restriktionsendonukleasen oder Restriktionsenzyme (Scheren, die die DNA schneiden)
5.7Genchirurgie
(siehe Arbeitsblatt zum Vergleich)
1) Restriktionsenzym wird einer Bakterienkultur bzw. isolierten Plasmiden zugegeben.
2) Restriktionsenzyme zerschneiden Plasmidring an einer spezifischen Stelle
A = sticky ends
- klebrige Schnittstellen
- versetzt um Oberfläche zu vergrößern
3) Restriktionsenzym und isolierte Spender-DNA werden zusammengeführt. Das Restriktionsenzym schneidet die Spender-DNA an spezifischen Stellen
4) Spender-DNA, aufgeschnittene Plasmide und Ligasen werden zusammengeführt. Die Ligasen verkleben die sticky-ends miteinander. Einige der neu entstandenen Plasmidringe haben die Spender-DNA integriert.
5) Plasmide werden in Bakteriophagen eingebaut und diese Phagen nennt man Gefährten
6) Phage infiziert Bakterien und der Plasmidring wird in die Bakterienzelle eingebaut
7) Das Bakterium besitzt nun das erwünschte Gen (z.B. zur Produktion von Insulin) und produziert jetzt den erwünschten Stoff
5.8Restriktionsendonucleasen
- Wie arbeiten Restriktionsenzyme:
Sie erkennen auf der eingedrungenen Fremd-DNA bestimmte Sequenzen aus 4 bis 8 Basenpaaren. Restriktionsenzyme schneiden die Erkennungssequenzen der DNA durch; man nennt die Erkennungssequenzen daher auch Schnittstellen. Viele Restriktionsenzyme schneiden versetzt, d.h. die Schnittstellen in den beiden DNA-Einzelsträngen liegen sich nicht genau gegenüber. Es entstehen durch den Schnitt DNA-Enden, an denen jeweils ein kurzes Stück Einzelstrang-DNA herausragt. Da diese Enden dazu neigen, sich wieder zusammenzulagern, werden sie auch „klebrige Enden“ (sticky ends) genannt.

- Wie kommt es, dass diese Enzyme nicht die zelleigene DNA zerschneiden:
Bakterien besitzen mit den Methylasen Enzyme, die an bestimmte Basen der Schnittstellen Methylgruppen anheften. Derartige methylierte Schnittstellen werden von den Restriktionsenzymen nicht angegriffen.

- Die gezielte Manipulation des Genmaterials einer Zelle ist erst seit der Entdeckung der sogenannten Restriktionsenzyme möglich. In den 60er Jahren entdeckte W.Arber, dass einige Stämme von E.coli gegen bestimmte Bakteriophagen resistent sind. Bei der näheren Untersuchung dieses Phänomens stellte sich heraus, dass diese Bakterien hochspezifische Endonucleasen produzieren, die eingespritzte Fremd-DNA, nicht aber die Bakterien-DNA an bestimmten Stellen zerschneiden. Inzwischen sind über 350 dieser Restriktionsendonucleasen mit verschiedener Spezifität bekannt.
Endonucleasen spalten oft die DNA in Bereichen von Palindromen (=gegenläufig gleiche Basensequenz) oder anhand bestimmter Erkennungssequenzen
5.9Selektion von erwünschten, genmanipulierten Bakterienstämmen in der Gentechnik
Genklonierung = Verfahren zur Selektion und Vermehrung eines Gens
Nach einer genchirurgischen Maßnahme wurden Kulturen von 8 Bakterienstämmen angezüchtet. Welche Bakterienkulturen enthalten das erwünschte, veränderte Plasmid?
Struktur des Plasmids:
(Schaubild siehe Rückseite)
Ein menschliches Insulingen wurde inkorporiert. Die Tetracyclinresistenz wird dabei zerstört.
Drei Arten von Bakterienstämmen sind denkbar:
1) Bakterien ohne Plasmid ( sterben alle ab)
2) Bakterien mit unverändertem Plasmid
3) Bakterien mit verändertem Plasmid (mit Insulingen)
(Aufgabe siehe Rückseite)
Die Bakterien sterben bei tetracyclinhaltigem Nährboden, denn das Gen für die Resistenz wurde zerstört.

5.10Genbibliotheken
= Gesamte genetische Information eines Organismus „lagert“ Bakterien und / oder Phagen
- in Fragmenten um ~ 20.000 Basenpaaren
6.1Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR)
Zweck:
- Die Polymerase-Kettenreaktion ist eine Methode, um viele Kopien eines bestimmten DNA-Fragments herzustellen.
- Sie ist viel schneller als die Klonierung (welche mit Hilfe eines Plasmids oder eines Phagen durchgeführt wird) und wird ausschließlich in vitro (im Reagenzglas) durchgeführt.
- Die zu vermehrende DNA-Sequenz kann entweder ein Gen oder eine nichtcodierende Sequenz sein.
Ablauf:
1) Die DNA wird auf 92° erhitzt, um die beiden Stränge zu trennen
2) Die DNA wird auf 65° heruntergekühlt, damit die Primer über Wasserstoffbrücken an die Enden der DNA binden können, und zwar jeder Primer an einen Strang
3) Bei 72° verlängert die DNA-Polymerase die Primer durch Anhängen von Nucleotiden, indem sie den längeren Strang als Vorlage benutzt.

- Die Probe wird dann wieder erhitzt und es beginnt ein neuer Zyklus mit Strangtrennung, Primer-Bindung und DNA-Synthese.
- Es gibt jedoch eine Grenze für die Anzahl der Durchläufe des Zyklus, da Mutationen entstehen können
- Möglich ist die PCR seit der Entdeckung der thermostabilen Polymerasen, da Enzyme eigentlich nicht auf 80° erhitzt werden können. Verwendet wird somit die Taq-Polymerase, ein Enzym aus einem Bakterium, welches in heißen Quellen lebt.
6.2Gelelektrophorese von Makromolekülen
Zweck:
- Die Gelelektrophorese trennt Makromoleküle, je nach dem wie schnell sie durch ein Gel wandern, unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes.
- DNA von Verdachtspersonen kann mit der DNA des Täters verglichen werden (anhand der Anordnung der kürzeren und der längeren Fragmente).
Ablauf:
- Gemische von Nucleinsäuren oder Proteinen werden in die Taschen an einem Ende eines dünnen Plattengels gegeben.
- Das Gel wird durch zwei Glasplatten gestützt und steht in einer wässrigen Pufferlösung. Eine elektrische Spannung wird an beiden Seiten angelegt (bei den Taschen negativ und am unteren Ende positiv).
- Jedes Makromolekül wandert von der Kathode zur Anode, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die in erster Linie durch seine Ladung und Größe bestimmt ist.

- Bei Nucleinsäuren ist die Wanderungsgeschwindigkeit – und somit auch die zurückgelegte Wegstrecke des Moleküls – umgekehrt proportional zur Länge der Nucleinsäure-Fragmente.
- Je länger das Fragment ist, umso kürzer ist die zurückgelegte Wanderungsstrecke bei eingeschaltetem Strom.
- Das Gel ist ein „Molekularsieb“ und behindert die Wanderung längerer Fragmente mehr als die kürzerer.
- Das Gel wurde mit einem DNA-bindenden Farbstoff angefärbt, der unter UV-Licht rosa fluoresziert.
- Gelelektrophoresen werden meist in Agarose oder Polyacrylamid durchgeführt.


6.3DNA-Sequenzanalyse (Kettenabbruchmethode)
1) Zu einsträngigen DNA-Stückchen, mit gesuchter Basensequenz (=Matrizen), werden radioaktive Primer (=Startmoleküle) hinzu gegeben. Diese lagern sich am 3’-Ende der Matrize an.
2) Es werden vier verschiedene Ansätze hergestellt mit:
- obiger DNA-Lösung (einsträngige DNA + radioaktive Primer)
- Desoxyribonukleotide (A,C,T,G)
- DNA-Polymerase
- Abbruchnukleotide (jeweils einen von A oder C/T/G)
3) Es folgt die Synthese des komplementären Stranges. Wenn der Abbruchnukleotid gebunden ist, kommt es zum Abbruch. So entstehen in jedem Ansatz unterschiedlich lange Doppelhelices.
4) Trennen der DNA-Doppelhelix in Einzelstränge durch Erwärmen
5) Auftrennen der der DNA-Einzelstränge durch Gel-Elektrophorese: Je kürzer das DNA-Stück, desto größer die Wanderstrecke
6) Sichtbarmachung der Banden durch Autoradiographie
7) Sequenzanalyse, ausgehend vom kürzesten DNA-Stück (mit längster Wanderstrecke)
6.4RFLP-Analyse
Anwendung beim genetischen Fingerabdruck
Verwendung von Restriktionsfragment-Mustern zur Unterscheidung verschiedener Allele. Die DNA zweier Allele unterscheidet sich in bestimmten Restriktionsschnittstellen. Das Restriktionsenzym, schneidet die DNA des Allels 1 in drei Stücke, die DNA des Allels 2 dagegen nur in zwei. Die Restriktionsfragmente der DNA jedes Allels werden durch Elektrophorese aufgetrennt. Man erkennt einen klaren Unterschied des Bandenmusters im Gel.

6.5DNA-Fingerprinting – der genetische Fingerabdruck
Der genetische Fingerabdruck beruht darauf, dass die DNA verschiedener Menschen trotz weitgehender Übereinstimmungen leichte Sequenzunterschiede zeigt. Diese Unterschiede liegen bei den nichtcodierenden Sequenzen, den Introns. Ein Restriktionsenzym schneidet eine DNA in bestimmte Längen. Zerschneidet man DNA anderer Herkunft mit dem gleichen Restriktionsenzym, weichen aufgrund der polymorphen Schnittstellen-Sequenzen die DNA-Fragmente in ihrer Länge von der zuerst untersuchten DNA ab. Den beobachteten Restriktions-Fragmentlängen-Polymorphismus (RFLP) macht man sich beim Fingerprinting zunutze:
- Die DNA wird aus der Probe isoliert und wenn nötig durch die PCR-Technik vervielfältigt.
- Dann wird die DNA durch spezifische Restriktionsenzyme zerschnitten. Es entsteht ein Gemisch aus DNA-Fragmenten.
- Diese werden durch Gel-Elektrophorese der Länge nach aufgetrennt.
- Die Gelelektrophorese trennt Makromoleküle, je nach dem wie schnell sie durch ein Gel wandern, unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes.
- Das Gel wurde mit einem DNA-bindenden Farbstoff angefärbt, der unter UV-Licht rosa fluoresziert. Man erkennt so, wie weit die einzelnen Fragmente gewandert sind und kann sie mit anderen vergleichen.

Beispiel des genetischen Fingerabdrucks:
Bei Person A schneidet das Restriktionsenzym die zufällig stimmende Basensequenz in den Introns und die jetzt kürzeren Fragmente wandern weiter als bei Person B. Person B hat nämlich diese Basensequenz nicht. Die genetischen Fingerabdrücke nach der Gel-Elektrophorese werden mit dem des Täters verglichen.


6.6DNA-Sequenzierung nach Sanger (Kettenabbruchmethode)
- Hierbei wird ein komplementärer Strang in vitro synthetisiert.
- Die Synthese der komplementären Stränge beginnt am Primer und setzt sich solange fort, bis ein Didesoxyribonukleotid eingebaut wird, was zum Abbruch der Synthese führt.
- Es entsteht ein Gemisch von radioaktiv markierten DNA-Strängen unterschiedlicher Länge.
- Die neuen DNA-Stränge werden durch Gel-Elektrophorese getrennt.
- Die Sequenz des neusynthetisierten DNA-Strangs kann direkt von dem Bandenmuster des Gels abgelesen werden. Man kann daraus die Sequenz des Matrizenstrangs ableiten.
- z.B. C ist am schnellsten angekommen, somit handelt es sich um das kürzeste Fragment. Das heißt G muss die erste Base nach dem Startmolekül sein usw.