Wie Funktioniert eigentlich Gentechnik🤔?
Hallo
Wir haben das Thema Gentechnik.
Und wir haben uns mit den Schritten der Gentechnologie beschäftigt und eine Abbildung bekommen, die ich allerdings nicht ganz verstanden habe...
Also bei der 2 müsste es eigentlich heißen, dass cDNA hergestellt wird.
Bei der 4a ist dieses x-Gal ein substrat für die betacalaktase...
Könnte vielleicht irgendjemand anhand des Bildes die einzelnen Schritte erklären? Wäre wirklich sehr lieb!!!:)
Vielen vielen lieben Dank im voraus!!!:)
2 Antworten
Hi,
es wurde schon viel gesagt, vielleicht ergänze ich den ein oder anderen Punkt noch ein wenig, da es am Anfang etwas unübersichtlich ist, in das Thema rein zu finden, da man mit vielen Sachen gleichzeitig konfrontiert wird, die vorher noch nicht so bekannt waren.
Der Begriff "Gentechnik" fasst Methoden zur Analyse und Manipulation von DNA zusammen.
Oft sollen bestimmte DNA-Fragmente isoliert und mit anderen DNA-Abschnitten neu kombiniert werden, was dein Arbeitsblatt zeigt.
Dazu werden Enzyme verwendet, die DNA schneiden, indem sie den Doppelstrang nicht "glatt" durchschneiden, sondern etwas versetzt schneiden und überhängende Enden eines der Einzelstränge erzeugen, die man klebrige Enden nennt ("sticky ends").
Solche klebrigen Enden sind prima, da diese DNA-Enden leicht wieder zueinander finden können und sich aneinander lagern. Diese Enzyme nennt man Restriktionsendonucleasen oder einfach Restriktionsenzyme. Sie schneiden DNA an bestimmten DNA-Sequenzen. Die Namen der Restriktionsenzyme bestehen aus einer Abkürzung des Organismus, in dem sie entdeckt wurden, z.B. "EcoRI" ist ein solches Restriktionsenzym, welches beim Schneiden der DNA klebrige Enden erzeugt, welches aus Escherichia coli isoliert wurde https://de.wikipedia.org/wiki/EcoRI
Die klebrigen Enden hybridisieren wieder (finden zueinander durch Basenpaarung) im Reagenzglas, bei der richtigen Temperatur des Ansatzes und mit dem Enzym DNA-Ligase kann die Spaltstelle wieder fest verschlossen werden. Damit haben wir das Vorgehen in 1 und 2 a-c beschrieben.
Um mit den DNA-Abschnitten experimentell arbeiten zu können, muss man davon identische Kopien herstellen, sog. "Klone", dasher nennt man dieses Verfahren auch "Klonierung von DNA" (vgl.: 4).
Das Verfahren der Klonierung von DNA beruht auf der Fähigkeit von Bakterien, kleine ringförmige DNA-Abschnitte, sog. Plasmide, in die Bakterienzelle aufnehmen zu können und dort zu vervielfältigen.
Wenn man also den DNA-Abschnitt, der einen interessiert, mit Restriktionsenzymen aus der ursprünglichen DNA herausschneidet und in ein solches ringförmiges DNA-Element (Plasmid) einfügt, erhält man ein Konstrukt, welches das ursprüngliche DNA-Fragment zusammen mit dem Plasmid in die Bakterienzelle gelangen lässt, dieses Konstrukt nennt man einen sog. Vektor (deutsch: "Genfähre"). Auf deinem Arbeitsblatt wird schematisch zusammengefasst gezeigt, wie man einen solchen Vektor (1, 2a) zur Untersuchung eines DNA-Abschnittes verwendet.
Das sog. "rekombinante Plasmid" (2c) besteht also aus Vektor-DNA + DNA-Fragment von Interesse (hier menschlichen Ursprungs).
Die Aufnahme des Plasmids durch die Bakterien nennt man Transfomation. In 3 ist gezeigt, zu welchem Ergebnis die Transformation führt, das rekombinante Plasmid aus dem Reagenzglas (der Vektor) wurde in der Bakterienzelle aufgenommen. Dort kann es abgelesen und repliziert werden, zusammen mit dem eingefügten DNA-Fragment.
Nun weiß man man aber nicht, wenn man die Bakterienkolonien heran zieht, ob diese Transformation tatsächlich geglückt ist oder nicht. Man sieht den Bakterien nicht an, ob sie das Plasmid (Vektor) nun aufgenommen haben oder nicht.
Daher trägt der Vektor üblicherweise noch einige Zusatzinformationen, die nützlich dafür sind, die Träger des Plasmids zu finden, wie z.B. Antibiotika-Resistenzgene, die dem Träger erlauben, in Gegenwart eines bestimmten Antibiotikums zu wachsen.
Stellt man nun Nährmedium mit diesem Antibiotikum bereit und zieht die Bakterien versuchsweise darauf an, wachsen dort nur solche, die das Plasmid tatsächlich durch Transformation erhalten haben, da sie über die nötige Resistenz gegen das Antibiotikum verfügen. Ohne Plasmid und ohne Resistenzgen könnten sie auf diesem Nährmedium nicht wachsen. Da wurde bei dir Ampicillin bzw. die Resistenz gegen Ampicillin im Vektor ("ampR") verwendet.
Das wäre so ein "Testantibiotikum". Die Bakterienkolonien, die auf Ampicillin-Nährmedium wachsen, haben, folgerichtig, Transformation betrieben und ein Plasmid aufgenommen.
Das Problem ist nur, dass man nun immer noch nicht weiß, ob es sich bei den Trägern des Plasmids, die ampicillinresistent sind, denn auch um solche Plasmide handelt, die das fremde DNA Fragement enthalten oder nur das nackte Plasmid. Es ist ja der Fall denkbar, dass das Einfügen der Fremd-DNA in den Vektor nicht erfolgreich war und die Bakterien nur das Plasmid ohne "insert" aufgenommen haben. Diese Eigenschaft sieht man den Bakterienkolonien auch nicht an.
Daher hat man hier noch einen zweiten Test eingebaut, indem das fremde DNA-Fragment in das lac-Z Gen des Vektors kloniert wurde, welches dadurch unterbrochen und daher funktionslos wird.
Mit diesem zusätzlichen Verfahren kann man nun unterscheiden, ob Bakterienkolonien leere Plasmide bekommen haben, ohne DNA-Fragment oder welche mit DNA-Fragment.
Bei denen mit erfolgreicher Transformation, aber leeren Plasmiden, wird das lacZ-Gen abgelesen und das korrespondierende Genprodukt, das Enzym β-Galactosidase hergestellt, welches den im Medium zugefügten Stoff X-Gal spaltet, wodurch ein blauer Farbstoff entsteht https://de.wikipedia.org/wiki/5-Brom-4-chlor-3-indoxyl-%CE%B2-D-galactopyranosid
Nun kann man also ein sog. "Blau-weiß-srcreening" betreiben: Alle Bakterien, die wachsen, sind transformiert, weil sie antibiotikumresistent gegen Ampicillin sind. Diejenigen, die leeren Plasmide erhalten haben, färben das Nährmedium blau. Diejenigen, die rekombinante Plasmide mit DNA-Fragment erhalten haben, lesen das unterbrochene lacZ-Gen nicht mehr, produzieren keine β-Galactosidase und bleiben daher weiß. Das ist unter 4a, b und 5 gezeigt. Gruß, Cliff
Dankeschön!
Der Lehrer hat was von cDNA gekwasselt?:D
Kann man das nicht irgendwie kürzer fassen,also zu jedem Punkt ein satz oder so?:D es ist nämlich zu viel Info auf ein mal
ja das könnte man versuchen, ich dachte, wenn du es ausführlich machst, steigert das vielleicht die Note.
cDNA ist nur von einer anderen Vorlage erstellt, als DNA. Üblicherweise geht der Fluss der genetischen Information von der
DNA --> mRNA --> Genprodukt (Protein)
oder DNA wird identisch verdoppelt (Replikation).
Wenn man nun die RNA als Matrize nehmen muss/will/ aus irgendeinem Grund nur kann, kann man mit dem Enzym "reverse Transkriptase" die RNA zurückschreiben in DNA, also quasi rückwärts. Wer dieses Enzym auch benutzt, sind "Retroviren", wie z.B. das Aids-Virus, es trägt keine DNA in sich, sondern RNA, die in der Wirtszelle revers transkribiert werden muss, damit die Zelle diese Infortmation als DNA liest und verwertet. Da Zellen reverse Transkriptase nicht kennen, bringt das Virus sie mit bzw. lässt davon "was einpacken" in sein Capsid. Gruß
"cDNA", "reverse Transkriptase", wieder zwei neue Begriffe und der Lehrer erwähnts nur am Rande (quasseln)? :D
ich versuche es später kürzer zu fassen... muss noch weg
Bei der 2 wollte es ja nicht DNA heißen, sondern cDNA:D
Oh ja das wäre wirklich sehr lieb!
Könntest du dann vielleicht zu jedem Punkt etwas sagen?:)
Dein Stern ist wieder save!!! :D
ja ich komm grad erst zurück :)
es gibt nichts mher zu sagen, als das, was ich bereits geschrieben habe, das ist die Langfassung. Wenn du 1 Satz pro Punkt haben möchtest, muss man kürzen.
1 Um menschliche DNA zu untersuchen, wird ein Fragment mit dem fraglichen Gen isoliert. Außerdem wir ein geeignetes bakterielles Plasmid ausgesucht und bereit gelegt. Die Ansprüche an das Plasmid sind: 1.) eine Antibiotika-Resistenz (ampR), 2.) ein lacZ-Gen, 3.) eine Restriktions-Schnittstelle ("multiple cloning site"), ein DNA-Sequenzbereich, der Schnittstellen für Restriktionsenzyme enthält, die innerhalb des lacZ-Gens liegen soll.
2a das menschliches DNA-Fragment und das bakterielle Plasmid werden in vitro mit dem gleichen Restriktionsenzymen geschnitten, so dass sowohl an dem geöffneten Plasmid, als auch an der menschlichen DNA-Fragment klebrige Enden erzeugt werden, die zueinander passen.
2b Die menschliche DNA hybridisiert mit den, mit dem gleichen Restriktionsenzym geschnittenen Enden, der Plasmid-DNA, so dass
2c ein ringförmiges DNA-Konstrukt ensteht, welches aus dem Plasmid und dem zu untersuchenden menschlichen DNA-Fragment besteht. Die DNA-Strang des Vektors (Plasmid) wird mit DNA-Ligase geschlossen.
3 durch Transformation wird der Vektor in Bakterienzellen eingebracht.
4a Die Anzucht der transformierten Bakterien erfolgt auf Nährmedium mit dem Antibiotikum Ampicillin und X-Gal. Die Bakterienkolonien, die auf diesem Nährmedium wachsen, enthalten alle das Plasmid, da sie über die auf ihm liegende Antibiotika-Resistenz verfügen, ohne die ein Wachstum auf dem Nährmedium nicht möglich wäre.
4b Die Bakterienkolonien enthalten sowohl Plasmide mit, als auch ohne das insert (menschliche DNA-Fragment). In dem Fall, dass keine DNA in das Plasmid eingefügt wurde, wird lacZ-Gen exprimiert und das Genprodukt, die β-Galactosidase setzt X-Gal in einen blauen Farbstoff um, so dass die blau erscheinenden Kolonien, als Träger des Plasmids, ohne das menschliche DNA-Fragment identifiziert werden können. In dem Fall, dass das insert im Vektor vorhanden ist, wird das lacZ-Gen unterbrochen, kein Genprodukt produziert und X-Gal nicht enzymatisch umgesetzt, so dass diese Kolonien weiß erscheinen. Die weißen Kolonien enthalten daher das Plasmid und das menschliche DNA-Frgament.
5 die weißen Bakterienkolonien können entsprechend identifiziert und für weitere Untersuchungen entnommen werden, sie enthalten viele Kopien des Plasmids und damit auch des menschlichen DNA-Fragments. Gruß & N8
na schläfst du schon :D ja morgen ist ja auch wieder früh... du schaffst das schon N8
- a) Das ringförmige Plasmid (das ist ein neben dem Hauptchromosom in manchen Bakterien vorkommendes aus DNA bestehendes relativ kleines genetisches Element) wird mit Hilfe eines so genannten Restriktionsenzyms (dieses stammt aus einem Bakterium und soll eigentlich die DNA von Bakterienviren zerstören) geöffnet, und zwar mitten in dem im Plasmid enthaltenen lacZ-Gen.
b) menschliches Erbmaterial wird mit dem gleichen Restriktionsenzym in relativ kurze Abschnitte geschnitten.
2. Mit Hilfe eines weiteren aus Bakterien entstammenden Enzyms, der Ligase,
werden die "Schnipsel" menschlicher DNA in die aufgeschnittenen Plasmidmoleküle so eingefügt, dass wieder ringförmige Plasmide entstehen, die jedes ein anderes Stück der menschlichen DNA inkorporiert hat, manche haben aber auch kein menschliches DNA-Stück inkorporiert.
3. Die verschiedenen so entstandenen Plasmid-Moleküle werden durch "Transformation" in verschiedene Bakterienzellen eingeschleust.
4. Die Bakterienzellen werden auf eine Nährstoff- sowie X-Gal-haltige Agarplatte aufgebracht, wo sie sich ca. 14 Stunden lang vermehren können. Dadurch entstehen an den Orten, auf dem die verschiedenen Bakterien gelandet waren, die mit bloßem Auge erkennbaren "Kolonien", die aus vielen Milliarden Bakterien bestehen, die alle das gleiche Plasmid mit einem bestimmten menschlichen DNA-Stück enthalten, bzw. manchmal auch kein Stück menschlicher DNA.
5. Die Kolonien, deren Plasmide kein Stück menschlicher DNA mitten in ihrem lacZ-Gen enthalten, haben deshalb ein funktionierendes (da nicht unterbrochenes) lacZ-Gen, das dafür sorgt, dass das X-Gal auf den Agarplatten aufgespalten wird, wodurch ein blauer Farbstoff entsteht. Alle blauen Kolonien enthalten somit leere Plasmide, d.h. ohne menschliche DNA-Stücke und sind somit uninteressant.
6. Die weißen Kolonien müssen dagegen menschliche DNA-Stücke enthalten, und zwar jede Kolonie ein anderes menschliches DNA-Stück.
7. Jetzt muss man "nur" (in der Praxis ist dies der schwierigste Schritt!) noch herausfinden, welche der ja sehr vielen Kolonien das gewünschte menschliche DNA-Stück enthält.
Mit dieser Methode gelang es zum Beispiel etwa um das Jahr 1980, die menschliche cDNA (menschliche Gene sind durch sinnlose DNA-Sequenzen unterbrochen, die in einer menschlichen Zelle herausgeschnitten werden, aber nicht in einer Bakterienzelle; deshalb verwendet man die so genannten cDNAs, sozusagen "Abschriften" der menschlichen Gene, die diese störenden Unterbrechungs-Sequenzen nicht mehr enthalten) für menschliches Insulin in E.coli-Bakterien einzubringen. Diese Bakterien stellten dann menschliches Insulin in riesigen Mengen her. Das Insulin, das sich seitdem Zuckerkranke mit "Diabetes Typ 1" spritzen, stammt immer aus diesen Bakterien, da das zuvor verwendete Schweine-Insulin relativ häufig zu gefährlichen Allergien geführt hat, denn es ist von menschlichem Insulin leicht verschieden, das von den Bakterien hergestellte menschliche Insulin aber natürlich nicht. Das war also ein großer Fortschritt in der Medizin, der mit anderen medizinisch wichtigen menschlichen Proteinen (zum Beispiel mit dem in der Krebs-Heilung wichtigen "Gamma-Interferon") auf ähnliche Weise erfolgreich wiederholt werden konnte.
Die bisherigen Anwendungen der Gentechnik in der Landwirtschaft sind dagegen allerdings aus verschiedenen Gründen meiner Meinung nach sehr kritisch zu sehen!!
Wie geschrieben hätte es keinen Sinn zu versuchen, menschliche Proteine durch Bakterien herstellen zu lassen, indem man direkt das menschliche Gen für dieses Protein in ein Bakterium einbringt, da fast alle Gene höherer Tiere und Pflanzen durch meist mehrere so genannte "Introns" unterbrochen sind, die den Sinn des Gens entstellen, und die IM BAKTERIUM nicht herausgeschnitten werden.
In den Zellen dieser höheren Lebewesen wird von den Genen zuerst jeweils eine Abschrift gemacht, die so genannte "prä-mRNA", und aus dieser werden dann die störenden Introns herausgeschnitten, wodurch eine "mRNA" = "messenger-RNA" = "Boten-RNA" entsteht. Diese enthält codiert den GENAUEN Bauplan für das Protein.
In der Gentechnik verwendet man dann das Enzym "Reverse Transkriptase" (, das aus Viren stammt, die RNA als genetisches Material haben anstatt DNA, die so genannten Retroviren, wie zum Beispiel das HI-Virus!), um die mRNAs in so genannte "cDNAs" = "copy-DNAs" zurück-umzuschreiben. Diese enthalten ja dann keine Introns, so dass bei der Ablesung dieser cDNAs in Bakterien letztendlich korrekt die gewünschten, zum Beispiel menschlichen, Proteine = Eiweiße von den Bakterien erzeugt werden, jedenfalls dann, wenn die cDNAs in so genannte "Expressions-Plasmide" eingebaut wurden: diese enthalten DNA-Sequenzen, die dem Bakterium "befehlen", dass die nachfolgende cDNA in Protein übersetzt werden soll, sonst würde das nämlich nicht geschehen...
wenn ich also hier mal durchgehe und die Stichworte und Begriffe sammle, die im Zusammenhang mit "Gentechnik" an diesem Unterrichtsbeispiel zusammen kommen, habe ich:
*DNA*, *klebrige Enden*, *Restriktionsenzyme*, *DNA-Ligase*, *Klon*, *Klonierung*, *Plasmid*, *Vektor*, *rekombinantes Plasmid*, *Transformation*, *Antibiotika-Resistenz(gen)*, *lac-Z-Gen*, *β-Galactosidase*, *X-Gal*, *Blau-weiß-Screening*
es gibt eigentlich kaum eine/n Schüler/in, der/die in das Thema hinein kommt und auf den/die diese Begriffe hernieder prasseln, nicht ins Schlingern kommt :D
Weil, man sich die alle rausschreiben, recherchieren und kurze Definitionen dazu vermerken sollte, wie in einem Vokabelheft.
Sonst kann man mit diesen Begriffen in einem selbst geschriebenen Text nicht arbeiten und der Lehrer wartet natürlich, wenn er verschiedenen Aufgaben in Klausuren stellt, dass solche Begriffe kommen würden. Da steht z.B. Erwartungshorizont für eine 1: Schüler nennt und erklärt "Klonierung von DNA", "Transformation von Bakterien", u.s.w.
Um das zu bewältigen, müsste man eigentlich früh damit anfangen, sich so ein Vokabelheft zuzuzlegen (aufzubauen). Gruß