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Einsatzmöglichkeiten der Methoden der Gentechnik

Die Methoden der Gentechnik sind vielfältig und dienen der gezielten Veränderung von DNA-Sequenzen. Gründe, bestimmte DNA-Sequenzen zu verändern, sind je nach Bereich der Gentechnik unterschiedlich. Die Methoden der Gentechnik können beispielsweise dafür verwendet werden, genetisch veränderte Pflanzen zu erzeugen, die gegenüber unveränderten Pflanzen verbesserte Eigenschaften aufzeigen. Oder aber die Gentechnik findet Anwendung in der Medizin, beispielsweise zur Herstellung von Insulin mithilfe von Bakterien. Für alle Anwendungsmöglichkeiten sind bestimmte Methoden der Gentechnik notwendig, die du hier kennenlernen wirst.

Werkzeuge der Gentechnik

Die Gentechnik bedarf bestimmter Werkzeuge und Methoden, die notwendig sind, um DNA-Sequenzen gezielt zu verändern. Wichtige Werkzeuge hierfür sind bestimmte Enzyme, wie das Restriktionsenzym oder die Ligase.

Um DNA aus einem bestimmten Organismus zu isolieren, werden passenden Restriktionsenzyme eingesetzt, die die DNA in Fragmente zerschneiden. Diese DNA wird anschließend mithilfe eines Vektors, der ebenfalls mit denselben Restriktionsenzymen geschnitten wurde, auf einen anderen Organismus übertragen. Um den Vektor mit dem isolierten DNA-Molekül zu verknüpfen, wird das Enzym Ligase eingesetzt, das auch bei der Replikation DNA-Fragmente miteinander verknüpft.

Restriktion.jpg

Plasmide als Vektoren

Als Vektoren, also Transportmoleküle, dienen sehr häufig die DNA-Moleküle von Bakterien verwendet. Dieses ist ringförmig und wird als Plasmid bezeichnet. Plasmide eigenen sich hervorragend für den Gentransfer, da man sie mit denselben Restriktionsenzymen schneiden kann wie die zu transportierende DNA-Sequenz. So kann das Gen, das die genetische Information für ein bestimmtes Merkmal trägt, von der Spenderzelle auf die Zielzelle übertragen werden. Ob der Genaustausch stattgefunden hat, kann mithilfe von Antibiotikaresistenz-Genen der Plasmide herausgefunden werden. Die Plasmide besitzen diese Gene, die transgene Zellen in einem antibiotikahaltigen Medium überlebensfähig machen. Antibiotika sind Substanzen, die die Stoffwechselprozesse von Bakterien hemmen, sodass die Bakterien nicht weiterleben können. Es überleben also nur diejenigen Bakterien in einem Medium mit dem Antibiotikum, die das Plasmid aufgenommen haben.

Transformation – das Bakterienplasmid mit dem gewünschten DNA-Abschnitt wird mittels Transformation in die Bakterien eingebracht.jpg

Der Einsatz von Bakterien und ihren DNA-Molekülen gehören mit ihrer Vektorfunktion zu den wichtigsten Methoden der Gentechnik. Prokaryonten, wie Bakterien, sind auch in der Lage natürlichen Gentransfer zu vollziehen. Als Vektoren können neben den Bakterienplasmiden auch Viren dienen. Auch sie können in der genetischen Forschung für die Klonierung eingesetzt werden.

Bakterienwachstum auf Nährmedium mit Antibiotikum.jpg

PCR und DNA-Sequenzierung

Weitere wichtige Methoden der Gentechnik sind die Methoden zur Bestimmung der Basensequenz eines DNA-Abschnitts: die Polymerasekettenreaktion, kurz PCR, und die DNA-Sequenzierung. Die PCR dient der Vervielfältigung der DNA. Diese Methode kann beispielsweise dann angewandt werden, wenn die Konzentration eines DNA-Fragments zu gering ist und vermehrt werden muss. Die PCR läuft in drei Schritten ab, die wiederum in Zyklen ablaufen: Denaturierung, Hybridisierung und Polymerisation. Für die Polymerisation spielt das Enzym DNA-Polymerase eine wichtige Rolle. Mithilfe der Polymerase werden Komplementärstränge synthetisiert und die DNA vervielfältigt.

Die DNA-Sequenzierung dient dazu, die genau Nucleotidabfolge eines DNA-Moleküls zu bestimmen. Dieser Schritt kann bei der Klonierung von DNA-Fragmenten eine wichtige Rolle spielen. Nachdem die erwünschten DNA-Fragmente kloniert werden, ist es in der genetischen Forschung üblich, die klonierten DNA-Moleküle zur Sequenzanalyse zu schicken. Denn nur mithilfe der Sequenzanalyse kann bewiesen werden, ob die Klonierung vollständig erfolgreich war. Auch bei dieser Technik handelt es sich um eine essentielle Methode der Gentechnik.

Gensequenz.jpg