Genetische Forschung – Einsatz von Viren

Genetische Forschung – Einsatz von Viren Übung

• Definiere den Begriff Viren.

  Tipps

  Viren benötigen einen Wirt, um sich zu vermehren.

  Lösung

  Viren werden von vielen Forschern nicht zu den Lebewesen gezählt, da sie nicht aus Zellen bestehen. Sie sind wesentlich kleiner als Bakterien. Unter dem Lichtmikroskop sind sie nicht mehr zu erkennen. Viren findet man in sehr vielen verschiedenen Ausprägungen. Sie können als Erbmaterial entweder DNA oder RNA enthalten. Viren sind auf Wirtszellen angewiesen, denn sie haben keinen eigenen Stoffwechsel oder Replikationsmechanismus.

• Nenne die Faktoren, die beim Einsatz von Viren als Vektoren zu berücksichtigen sind.

  Tipps

  Viren sind wesentlich kleiner als Bakterien.

  Lösung

  Viren lassen sich sehr gut als Vektoren benutzen. Setzt man Viren in der Gentechnik ein, so ist darauf zu achten, dass sie unschädlich sind, also keine Krankheiten mehr auslösen. Außerdem ist es wichtig, dass ihre DNA stabil ist, damit der Einbau in eine fremde DNA optimal erfolgen kann. Es ist auch darauf zu achten, dass die Viren nur eine bestimmte Zellart als Wirtszelle befällt. Hierfür wird der Begriff der Zellspezifität verwendet.

• Bestimme Charakteristika von Viren und Bakterien.

  Tipps

  Viren benötigen eine Wirtszelle, um sich zu vermehren und um ihre Stoffwechselwege aufrecht erhalten zu können.

  Lösung

  Vergleicht man Viren und Bakterien so fällt auf, dass Viren wesentlich kleiner sind als Bakterien. Viren bestehen aus einer Proteinhülle, auch Capsid genannt. Sie haben keinen eigenen Stoffwechsel oder einen eigenen Replikationsmechanismus. Hierfür benötigen sie eine Wirtszelle. Bakterien vermehren sich hingegen durch Zellteilung. Sie tragen zusätzlich zum Bakterienchromosom Plasmide, die ihre Erbinformationen enthalten. Antibiotika wirken nur gegen Bakterien.

• Erläutere den Vermehrungszyklus der Bakteriophagen.

  Tipps

  Hat die Bakteriophage ihre DNA injiziert, so liegen alle Informationen für die Produktion einer neuen Phage im Erbmaterial vor. Demnach werden die einzelnen Bestandteile der Phage schließlich produziert.

  Lösung

  • Der lytische Vermehrungszyklus der Bakteriophagen beginnt, indem die Phage sich mit ihren Schwanzfasern an der Oberfläche des Bakteriums anlagert (Adsorption).
  • Im Anschluss zieht sich der Schwanz der Phage zusammen, sodass die Phagen-DNA in das Bakterium injiziert wird (Injektion). Danach löst sich die Phage von der Wirtszelle und zerfällt.
  • Es schließt sich die Latenzphase an, in der noch keine neuen Phagen nachweisbar sind.
  • Doch die Phagen-DNA wird bald von Enzymen (RNA-Polymerase) erkannt, und so transkribiert und translatiert. Dies findet in der Produktionsphase statt, in der die einzelnen Bausteine für die neuen Phagen synthetisiert werden.
  • Diese Einzelteile werden danach in der Reifungsphase zusammengelagert, sodass neue Phagen in der Wirtszelle vorliegen.
  • Durch Enzyme wird die Mureinwand des Bakteriums schließlich aufgebrochen und die Bakterienzelle löst sich auf (Lyse). Dabei werden die neuen Phagen freigesetzt.

• Beschreibe den Prozess der Gentherapie unter dem Einsatz von Viren als Vektoren.

  Tipps

  Viren nutzt man in der Gentherapie sehr gerne, da einzelne Gene sehr gut in ihr Genom integriert werden können.

  Lösung

  In der Gentherapie werden Viren als Vektoren benutzt. Es wird hierfür ein Stück der Erbinformation des Virus entfernt und stattdessen ein fremdes Gen eingesetzt. Dieser Virus kann dann in den Patienten injiziert werden, wodurch dieser die Information für die Produktion von gesunden Zellen erhält. Auf diese Weise können viele genetische Krankheiten therapiert werden.

• Erkläre den Ablauf einer HIV-Infektion.

  Tipps

  In der Phase, in der sich das Virus im menschlichen Körper besonders stark vermehrt, ist die Ansteckungsgefahr besonders hoch.

  Lösung

  Bei einer Infektion mit dem HI-Virus kommt es zunächst zu grippeähnlichen Symptomen. In dieser Zeit vermehrt sich das Virus explosionsartig im menschlichen Körper. Im weiteren Verlauf der Krankheit muss der Patient keine Symptome mehr haben, es kommt jedoch zu einer raschen Reduktion der T-Helferzellen und damit zu einer Schwächung des Immunsystems. Ist das Immunsystem extrem geschwächt, so kommt es zu „opportunistischen Infektionen". Hier lösen Krankheitserreger, die normalerweise harmlos für den Menschen sind, schlimme Erkrankungen aus. Durch diese Infektionen ist das Aids-Stadium gekennzeichnet.