Gentechnik – Methoden und Werkzeuge

Hallo, willkommen zum Video zum Thema „Grundlagen der Gentechnik“. In diesem Video werden folgende Fragen beantwortet: Was ist Gentechnik? Was sind die Werkzeuge der Gentechnik? Dabei gehen wir näher auf die Enzyme, Bakterien und Viren ein. Wir besprechen ein paar Methoden der Gentechnik, wobei wir näher auf die Grundlagen des Gentranserfers eingehen. Um dieses Video optimal zu verstehen, solltest du folgendes Grundwissen aufweisen: Du solltest bereits verstehen, was ein Gen ist. Du solltest auch wissen, wie ein Gen ein Protein kodiert und das Prinzip der Proteinbiosynthese verstanden haben. Zudem solltest du Grundwissen zum Thema Bakterien und Viren aufweisen. Gentechnik ist ein Sammelbegriff für verschiedene molekularbiologische Techniken. Sie ermöglicht DNA unterschiedlicher Herkunft neu zu kombinieren und in geeigneten Wirtszellen zu vermehren und zu exprimieren. Eine Anwendung der Gentechnik stellt zum Beispiel die Klonierung dar. Man versteht darunter den Überbegriff für Methoden zur Gewinnung und identischer Vervielfältigung von DNA. Ein konkretes Anwendungsbeispiel wäre die Klonierung und Expression des menschlichen Insulingens im Bakterium E.coli. Durch den Einbau des menschlichen Insulingens in das Bakterium, kann dieses Bakterium nun menschliches Insulin herstellen. Insulin wird bei der Behandlung von Diabetes eingesetzt. Du lernst jetzt die wichtigsten Werkzeuge der Gentechnik kennen. Als erstes gehen wir auf die Enzyme ein. Diese gehören zu den Proteinen. Zu den wichtigsten Enzymen in der Gentechnik gehören die Restriktionsenzyme. Es handelt sich um eine Art molekulare Schere. Die Restriktionsenzyme schneiden DNA an bestimmten Stellen. Weitere wichtige Enzyme sind die Ligasen. Diese kleben DNA Stücke zusammen. Auch die Polymerasen, die du bereits aus der DNA-Replikation kennen solltest, werden in der Gentechnik eingesetzt. Polymerase stellen DNA-Doppelstränge her. Sie werden zum Beispiel bei der PCR oder bei der künstlichen Herstellung eines Gens verwendet. Restriktionsenzyme erkennen und schneiden die DNA an bestimmten Stellen mit einer spezifischen Nucleotidabfolge, also an einer ganz bestimmten DNA-Sequenz. Nehmen wir als Beispiel das Restriktionsenzym EcoRI. Dieses Enzym wurde aus dem Darmbakterium E.coli isoliert. Es erkennt bestimmte Stellen in der DNA mit der spezifischen Nucleotidabfolge „GAATTC“. Das Enzym schneidet die DNA an bestimmten Stellen. Nämlich immer zwischen dem „G“ und dem „A“. Dies passiert in beiden Strängen. Durch diese Art von Zerschneiden liegt die DNA am Ende einzelsträngig vor. Man spricht auch von „klebrigen Enden“ oder von „sticky ends“ auf Englisch. Nimmt man DNA unterschiedlicher Herkunft, hier rot und blau dargestellt, und zerschneidet diese DNA mit dem gleichen Restriktionsenzym, so erhält man auch die gleichen klebrigen Enden. Das bedeutet, die freiliegenden Einzelstränge an den Enden sind zueinander komplementär und können sich zusammenlagern und zusammengeklebt werden. Hierfür wird das Enzym Ligase verwendet. Es klebt das Phosphat-Zucker-Rückgrat der DNA zusammen. Da DNA unterschiedlicher Herkunft miteinander kombiniert wurde, spricht man auch von rekombinanter DNA. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel menschliche Gene in Bakterien einbauen. Gehen wir näher auf das Plasmid ein. Es handelt sich um ein ringförmiges, doppelsträngiges DNA-Molekül. Das Plasmid repliziert sich autonom. Das bedeutet, dass die Verdopplung des Plasmids unabhängig von der Verdopplung des ringförmigen Bakterienchromosoms abläuft. Die Verdopplung fängt am Replikationsursprung an. Ein Plasmid enthält meistens Gene, die nicht notwendig für das Überleben des Bakteriums sind. Ein Plasmid enthält zum Beispiel oft Resistenzgene. Wir besprechen jetzt die Grundlagen des Geneinbaus in ein Plasmid. Wir nehmen menschliche DNA und das Plasmid und zerschneiden die beiden DNA-Moleküle mit dem gleichen Restriktionsenzym. Man spricht auch von einer Restriktion. Da das menschliche Gen die gleichen klebrigen Enden aufweist wie die zerschnittenen Enden des Plasmids, kann das menschliche Gen in das Plasmid eingeklebt werden. Hierfür benutzt man das Enzym Ligase. Es klebt die beiden DNA-Moleküle zusammen. Dieser Prozess wird auch als Ligation bezeichnet. Wir haben nun ein Plasmid, in das ein menschliches Gen eingebaut wurde. Der nächste Schritt ist das Einschleusen des Plasmids in Bakterien. Das Plasmid kann zum Beispiel in das Bakterium E.coli eingeschleust werden. Hierfür benutzt man entweder elektrische Impulse oder chemische Substanzen. Wurden Plasmide erfolgreich in Bakterien eingeschleust, so vermehren sich die Bakterien und wir erhalten viele identische Bakterienklone, die das gleiche Plasmid enthalten. In diesen Bakterien kann nun das menschliche Gen exprimiert werden. Das bedeutet, das Gen wird abgelesen und das Genprodukt wird gebildet. Dabei kann es sich zum Beispiel um ein Protein handeln, zum Beispiel das Insulin. Du hast jetzt gelernt, wie das Plasmid als Vektor eingesetzt wird. Ein Vektor dient in der Gentechnik als Transportvehikel zur Übertragung von Fremd-DNA in eine lebende Empfängerzelle. Du hast bereits das Plasmid als Beispiel für einen Vektor kennengelernt. Auch ein Virus kann als Vektor eingesetzt werden. Hierfür benutzt man meist modifizierte Viren, die nicht mehr krankheitserregend sind. Diese werden zum Beispiel in der Gentherapie eingesetzt. Mit Hilfe von modifizierten Viren, die als Vektoren benutzt werden, kann ein Gen in einen Patienten eingeschleust werden und dieser kann dadurch genesen. Wir kommen zur Zusammenfassung: In diesem Video wurden dir die Grundlagen der Gentechnik vermittelt. Du weißt jetzt, was man unter Gentechnik versteht. Nämlich einen Sammelbegriff für verschiedene molekularbiologische Techniken, die uns ermöglichen, DNA-Stücke unterschiedlicher Herkunft neu zu kombinieren und in geeigneten Wirtszellen zu vermehren. Du hast auch wichtige Werkzeuge der Gentechnik kennengelernt. Als erstes haben wir über Enzyme geredet. Restriktionsenzyme erkennen und schneiden DNA an spezifischen DNA-Stellen. Das Enzym Ligase klebt DNA zusammen und die Polymerase wird in der Gentechnik eingesetzt, zum Beispiel um künstlich DNA-Stücke herzustellen oder bei der PCR. Danach haben wir kurz über Bakterien geredet und sind näher auf das Plasmid eingegangen. Darunter versteht man ein ringförmiges, doppelsträngiges DNA-Molekül. Es wird in der Gentechnik zum Gentransfer verwendet. Die wichtigsten Schritte sind die Restriktion, die Ligation und das Einschleusen des Plasmids in Bakterien. Du hast gelernt, dass Vektoren in der Gentechnik zur Übertragung von DNA dienen. Häufig verwendete Vektoren sind zum Beispiel Plasmide oder modifizierte Viren. Plasmide werden zum Beispiel bei der Insulinherstellung verwendet. Viren verwenden zum Beispiel Anwendung in der Gentherapie. Danke für deine Aufmerksamkeit. Tschüss! Bis zum nächsten Video.