Gentechnisches verfahren am Beispiel Mais? GENTECHNIK?
Wie funktioniert es ? wie kommt ein fremdes Gen in eine Pflanze ? GENTECHNIK!
Wie erklärt man diesen biologischen Vorgang fachlich richtig ? kann mir jemand diesen Vorgänge erklären ?
3 Antworten
Es beginnt mit der Identifikation und Isolierung einer Ziel-DNA (hier Spender-DNA), also einem Gen, dass man in die Pflanze einbringen möchte.
Hat man die Ziel DNA isoliert, benötigt man einen Vektor, hier also das Plasmid, womit die DNA in die Pflanzenzelle übertragen wird. Dieses Plasmid wird ebenfalls isoliert und dann aufgeschnitten, meist arbeitet man mit einem Ti-Plasmiden aus dem Agrobacterium tumefaciens.
In diesem Falle wurde das Plasmid mit einem Restriktionsenzym geschnitten, dass sog. "sticky ends" erzeugt, also wie hier gezeigt einen Überhang (5'-AATT-3') an der Schnittstelle gebildet wird, das verbessert die Effizienz der Ligation im Gegensatz zu "glatten Enden" (ohne Überhang), dazu muss dann aber auch die Ziel-DNA mit so einem überhang isoliert werden, also mit dem gleichen Restriktionsenzym aus dem Original-Organismus geschnitten werden. Zu dem aufgeschnittenen Plasmid wird dann die Ziel-DNA gegeben und mit Hilfe einer DNA-Ligase wird die Ziel-DNA in das Plasmid eingebaut.
Nun hat man einen fertigen Vektor (rekombinantes Plasmid). Dieser Vektor muss nun in die Pflanze eingebracht werden, das kann z.B. über biolistische Verfahren gemacht werden ("Genkanone"), wobei kleine Gold- oder Wolframpartikel mit dem Plasmid beschichtet und auf den Zellkern der Pflanzenzelle geschossen werden. Meist wird aber dann mit einem Agrobakterium gearbeitet, dafür wird der Vektor in das Agrobakterium eingebracht (z.B. mittels Elektroporation) und daraufhin die Pflanze mit dem Agrobakterium infiziert.
Beim biolistischen Verfahren würden dann die Partikel die DNA durchschlagen, also Brüche verursachen, und dort kann die Ziel-DNA aus dem Vektor eingebaut werden. Dazu sind viele "Zufälle" nötig, weshalb das Verfahren relativ ineffizient ist und daher auch kaum noch genutzt wird.
Beim Agrobakterium ist es so, dass dieses Bakterium komplexe Mechanismen besitzt, die dafür sorgen, dass ein Teil des Ti-Plasmids, die sog. T-DNA worin die Ziel-DNA platziert wird, in das Genom der Pflanze eingebaut wird.
ok perfekt... Nachdem ich diese Grafik erklärt habe, wäre es cool, wenn ich was sagen kann zum Thema "neue moderne Gentechnik - was perspektivisch möglich ist und in Zukunft sein wird" .. Haben Sie dazu vielleicht auch Tipps ? ich weiß ja nicht, in wiefern Sie da bescheid wissen.. wollte nur von einem Experten / in paar Tipps haben :)
Nun, unter "neue moderne Gentechnik" würde ich speziell das "gene editing" verstehen, also die Verwendung von präzisen Verfahren wie CRISPR/Cas, TALEN und OdM. Diese bieten ja einerseits die gleichen Möglichkeiten wie ältere Verfahren, nur dass bei ihnen auch der Ort im Genom bestimmt werden kann, wo die Ziel-DNA eingebracht wird, andererseits bieten sie neue Möglichkeiten von präzisen Veränderungen bis hin zur Veränderung einzelner Basen.
Selbst habe ich auch im letzten Jahr mit dem CRIPSR/Cas9 Verfahren an Pflanzen gearbeitet.
Möglichkeiten bieten diese Verfahren also viele, was genau, das hängt im Wesentlichen von der Grundlagenforschung zum Verständnis von Genen ab. Grundsätzlich ist es, wie schon erwähnt, möglich kleine präzise Veränderungen zu erzeugen. Damit kann man relativ einfach gezielt einzelne (unerwünschte) Gene ausschalten oder durch Basenaustausch Gene optimieren.
Weiterhin kann man leicht Gene austauschen, so kann man z.B. einzelne Gene aus einer Wildsorte in einer Kultursorte übertragen ohne dabei auf unerwünschte Gene der Wildsorte achten zu müssen und diese aufwendig mit markergestützer Rückkreuzung nachträglich wieder zu entfernen.
Und haben Sie vielleicht Bilder die diese verfahren darstellen ? also ich muss das nur kurz darstellen, also mein Lehrer hat halt gesagt wenn ich nachdem ich das gentechnische Verfahren dargestellt habe bisschen was zur modernen Gentechnik erzählen könnte also was perspektivisch möglich wäre und da will ich was spannendes und kurzes erzählen was die aber auch beeindruckt.. Wissen Sie was ich meine
Deine Grafik zeigt den Ablauf bei der "klassischen" gentechnischen Veränderung, dein Thema war doch auch auf Bt-Mais ausgerichtet, oder? Dafür passt diese Abbildung auch gut.
Ich habe in meiner Masterarbeit versucht ein Gen in der Zuckerrübe auszuschalten und dabei zwei verschiedene Vektoren getestet, das Ausschalten hat leider nicht funtioniert, da ich Pech mit den Mutationen hatte und aus Zeitgründen nur wenige Mutanten testen konnte, dafür konnte ich zeigen, dass ein neues Vektorsystem bei dieser Pflanze gut funktioniert.
mega spannend! Ja genau, ich habe Bt-Mais als Thema .. soll aber auch paar Sätze zu der "modernen Gentechnik" sagen und will das halt spannend rüber bringen.. Was halt die "beeindruckten" Dinge in der modernen Gentechnik sind, habe ich mich gefragt wie ich das cool und spannend vortragen kann, weil Sie da Spezialist im Themengebiet sind, habe ich Sie gefragt
Hier wäre ein Bild zum Ablauf zu finden (unter Simplified Workflow): www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/biology/genome-editing-in-plants-with-crispr-cas9.html
Nach Schritt 3 würde genauso verfahren, wie ich schon für deine Abbildung beschrieben habe (also ab de fertigen Vektor).
Ich schaue nochmal ob ich noch was besseres und ggf. auch auf deutsch finde.
Es geht nicht unbedingt um das Verfahren es geht eher hier darum dass ich kurz erzähle was es auf sich hat mit der modernen Gentechnik ..also unter Verwendung der CRISPR kann man ohne großen Aufwand sehr gezielt einzelne Genabschnitte verändern und dazu dann ein Bild also sowas wie man das bei einem Tier z.B. vollzieht und was man erreichen will .. also die wollen einfach dass ich sowas sage wie: " In diesem Sinne kann man kurz was zur modernen Gentechnik sagen, dass Sie schon soweit ist dass.... aber ich verstehe den unterschied zwischen meiner "klassischen Veränderung " und Crisp z.B. nicht .. also was ist da die Entwicklung oder die anderen, die Sie erwähnt haben :S..
Interessant finde ich z.B. die Projekte zur Verbesserung der Photosynthese
www.transgen.de/forschung/1198.c4-reis-photosynthese.html
Auch glutenreduzierte Weizensorten sind ein spannendes Thema (zumindest für Menschen mit Zöliakie) www.pflanzenforschung.de/de/journal/journalbeitrage/kein-leeres-versprechen-glutengehalt-bei-weizen-reduzie-10866
Ich verstehe allerdings nicht so ganz was du mit "wie man das vollzieht" meinst, von außen Betrachtet sieht man da nichts, die Unterschiede liegen auf molekularer Ebene.
Auch die neuen Verfahren ändern nichts an der Art, wie man die Systeme in die Zelle einbringt, da muss man immernoch auf z.B: biolisteische Verfahren oder Agrobakterien zurückgreifen. Neu bei den gene editing Systemen ist, wie die Ziel-DNA in das Genom der Pflanzen eingebaut wird.
Bei den klassischen Verfahren wird die Ziel-DNA an einer beliebigen Stelle im Pflanzengenom eingebaut, das kann man nicht steuern. Die neuen Verfahren wie CRISPR/Cas oder TALEN setzen auf Präzisionsendonukleasen (Restriktionsenzyme), sie werden an genau definierte DNA-Sequenzen geleitet und zerschneiden dort die DNA, an dieser Schnittstelle wird dann über Reparaturmechanismen der Pflanzenzelle die Ziel-DNA eingebaut. Alternativ, wie bei meiner Arbeit, wenn man ein Gen nur ausschalten möchte, benötigt man auch keine Ziel-DNA, sondern lässt einfach nur die Nukleasen an der vorgegebenen Stelle schneiden und lässt sie durch die Reparaturmechanismen wieder zusammenflicken, dabei können Fehler entstehen, die zu einem kaputten Gen führen.
Die Vektoren mit dem gene editing system muss man wie bei der klassischen Gentechnik auch an beliebiger Stelle in das Genom einbauen lassen, daher folgt i.d.R. am Ende dann eine Rückkreuzung mit der Originalpflanze, sodass man das Vektorkontrukt wieder entfernt hat, aber die Ziel-DNA oder erzeugte Mutation erhalten bleibt.
Ich hoffe, das ist einigermaßen verständlich.
ich dachte man kann das an einem Bild sehen also die Veränderungen, aber hab verstanden was Sie erklärt haben..hab den Unterschied verstanden.. habe irgendwas bei Crispr und Designerbabys das die Gene verändert werden.. stimmt das ?... das mit der Fotosynthese ist super so mal ich das Thema Mais habe und es auch eine C4 Pflanze ist! Danke!
Wenn du alles Fremdmaterial darin mit vernünftigen Quellverweisen angegeben hast dürften keine Probleme auftreten. Dass jemand die Präsentation kopiert wäre natürlich möglich, aber wöre das so schlimm? Alternativ könnte ich dir anbieten mir das per e-mail zu schicken.
Die Nutzung gentechnischer Verfahren in der Landwirtschaft bezeichnet man als „grüne Gentechnik“. Die grüne Gentechnik dient wesentlich der Herstellung transgener Pflanzen durch den Transfer eines Gens von Art A auf B.
Zur Herstellung transgener Pflanzen, hier Mais, benötigen Gentechniker Spender- und Zielzellen derselben Art sowie Bakterienzellen mit bestehender Plasmide.
Damit überhaupt ein Gentransfer stattfinden kann, wird zunächst im ersten Schritt die DNA, also das Gen, dass die genetische Information für ein gewünschtes Merkmal trägt, aus der Spenderzelle isoliert.
Anschließend wird auch im zweiten Schritt das Plasmid der Bakterienzelle isoliert, indem es an einer spezifischen Sequenz mit glattem oder wie hier mit versetztem Schnitt zerteilt wird. Das Restriktionsenzym des Bakteriums Escherichia coli (EcoRi), welche hier als DNA-Schere dient, erzeugt mit dem versetzten Schnitt „sticky ends“, sodass ein Strang des DNA-Doppelstranges länger ist als das andere. Daraus ergibt sich eine Erkennungssequenz GAATTC sowohl in Leserichtung 5’ als auch in 3’.
Gleich darauf wird im dritten Schritt die Spender-DNA nun in das vorher aufgeschnittene Plasmid transferiert beziehungsweise eingesetzt, welche als Vektor beziehungsweise Genfähre dient und die DNA von der Spenderzelle auf die Zielzelle überträgt. Hierbei finden die sogenannten „sticky ends“ der eigenen und fremden DNA über Wasserstoffbrücken zueinander und verbinden sich. Zusätzlich werden sie aber von der sogenannten Ligase, welches ein Enzym ist und als DNA-Kleber dient, kovalent verknüpft. Dadurch ist ein rekombinantes, also neu kombiniertes Plasmid aus eigenen und fremden Genen entstanden.
Im letzten Schritt wird dieser Vektor über verschiedene Verfahren, beispielsweise ballistisches Verfahren: Genkanone, in die Pflanzenzelle eingeführt, wodurch wiederum eine transgene Pflanze mit rekombinanter DNA, hier Mais mit Insektizidgehalt, entstanden ist (GvO).
Super erklärt!
Eine Verständnisfrage- welche Schlagwörter müssen in der Erklärung der Grafik vorkommen bzw. was muss ich verstanden haben ? .. z.B Restriktionsenzyme ..was noch ?