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Genetische Forschung – Einsatz von Bakterien

Genetische Forschung mit Bakterien ist wichtig für Medikamente, Käse und Umweltreinigung. Lerne mit E. coli, dem berühmten Darmbakterium, warum Bakterien ideale Modellorganismen sind. Entdecke, wie Plasmide als Genfähren wirken und wie die Genschere funktioniert. Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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Maja O.
Genetische Forschung – Einsatz von Bakterien
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Genetische Forschung – Einsatz von Bakterien Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Genetische Forschung – Einsatz von Bakterien kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Vorteile, die Bakterien für den Einsatz in der genetischen Forschung bieten.

    Tipps

    Generationszeit ist die Zeitdauer, in der sich die Anzahl der Individuen einer Population verdoppelt.

    Man kann Bakterien auf einem Nährboden wachsen lassen.

    Lösung

    Bakterien sind in der Gentechnik beliebte Modellorganismen.

    • Sie sind sehr unkompliziert in der Handhabung.
    • Außerdem ist ihre Aufzucht kostengünstig, man kann die Bakterien auf einem Nährboden wachsen lassen und so die benötigten Proteine o.ä. vermehren lassen.
    • Zudem vermehren Bakterien sich durch Zweiteilung. Es findet also keine geschlechtliche Fortpflanzung statt. Dadurch findet die Vermehrung schneller statt und Produkte können zu einem früheren Zeitpunkt entnommen werden.
    • Außerdem haben Bakterien eine kurze Generationszeit, das heißt, die Zeitdauer, bis sich die Individuen einer Population verdoppelt haben, ist gering.
    • Von besonders großem Vorteil für die Gentechnik ist, dass Bakterien sich gentechnisch manipulieren lassen und somit der Einbau von Fremd-DNA möglich ist.

  • Beschreibe den Vorgang des Einbaus eines Fremdgens in ein Plasmid.

    Tipps

    Durch das Schneiden von DNA mittels des gleichen Restriktionsenzyms wird der Einbau von Fremd-DNA möglich.

    Ist ein Stück Fremd-DNA in ein Plasmid eingebaut, spricht man von rekombinanter DNA.

    Lösung

    Um Fremd-DNA in ein Plasmid zu integrieren, schneidet man sowohl das Plasmid, als auch die fremde DNA mit dem gleichen Restriktionsenzym.

    Durch das Enzym Ligase wird das erwünschte Gen in das Plasmid eingebaut. Die Ligase verknüpft die jeweiligen Enden miteinander.

    Die DNA, die dadurch entsteht, wird als rekombinante DNA bezeichnet.

  • Beschreibe die gentechnische Herstellung von Insulin sowie deren Bedeutung.

    Tipps

    Durch die gentechnische Methode wird Insulin als Medikament gewonnen. Das Bakterium, in welches das Fremdgen eingepflanzt wurde, kommt nicht direkt mit dem Menschen in Kontakt.

    Menschen, die kein oder zu wenig Insulin produzieren, sind von der Erkrankung Diabetes betroffen. Diabetiker haben einen zu hohen Blutzuckergehalt, da Insulin den Blutzucker senkt. Viele Diabetiker müssen sich deswegen das Insulin spritzen.

    Lösung

    Insulin ist ein Peptidhormon, das den Zuckerhaushalt des Menschen reguliert. Menschen, die an der Krankheit Diabetes leiden, können dieses Hormon nicht mehr oder nur in unzureichenden Mengen herstellen. Durch die gentechnische Methode kann das Insulin-Gen aus menschlichen Zellen extrahiert und in Plasmide eingesetzt werden. Diese Plasmide werden dann in Bakterien eingeschleust, die diese dann vermehren. Es entstehen als Produkte unterschiedliche Proteine. Aus diesen Proteinen kann dann das Insulin herausgereinigt werden. Es kann so dem Menschen als Medikament zur Verfügung gestellt werden.

    Man extrahierte, bevor diese Methode angewendet wurde, Insulin aus der Bauchspeicheldrüse von Schweinen und Rindern. Da sich das tierische Insulin jedoch vom menschlichen Insulin unterscheidet, kam es oftmals zu Unverträglichkeiten.

  • Beschreibe den Gentransfer durch Agrobacterium tumefaciens.

    Tipps

    Die Pflanze weist zu Beginn des Versuches keine Wucherungen auf.

    Die T-DNA ist ein Teil der Plasmid-DNA, die Tumore induziert.

    Lösung

    Das Bodenbakterium Agrobacterium tumefaciens wird hier als Vektor verwendet, da Pflanzenzellen keine freien Plasmide aufnehmen können. Das Bakterium dringt durch Verletzungen in pflanzliches Gewebe ein und schleust ein tumorinduzierendes Plasmid (Ti-Plasmid) in die Zellen ein. Ein Teil der Plasmid-DNA (die Tumor-Gene bzw. T-DNA) wird in das pflanzliche Genom eingebaut und führt zu erhöhter Zellteilungsaktivität, sodass sich ein Tumor bildet.

  • Beschreibe zentrale Begriffe der Gentechnik.

    Tipps

    Ligase wird auch als „DNA-Kleber" bezeichnet.

    Als rekombinante DNA wird ein DNA-Molekül bezeichnet, das mithilfe von gentechnischen Methoden erstellt wurde.

    Lösung

    In der Bakterienzelle befinden sich zusätzlich zum Bakterienchromosom die Plasmide. Dies sind kleine, in sich geschlossene DNA-Moleküle des Bakteriums. Sie sind wichtige Werkzeuge in der Genetik und werden zur Transformation eingesetzt.

    Restriktionsenzyme sind Enzyme, die DNA an spezifischen Stellen erkennen und schneiden können. Damit die geschnittenen DNA-Moleküle zusammengefügt werden können, müssen sie mit denselben Enzymen geschnitten worden sein.

    Unter dem Begriff der rekombinanten DNA versteht man DNA, die durch gentechnische Methoden neu zusammengesetzt wurde.

    Das Enzym Ligase wird auch als „DNA-Kleber" bezeichnet. Es kann DNA-Stücke miteinander verbinden.

  • Analysiere die Vorteile und Risiken der Gentechnik in Bezug auf den Bt-Mais.

    Tipps

    Bei der Züchtung einer genetisch veränderten Maissorte entsteht eine neue Art.

    Arten können untereinander gekreuzt werden.

    Lösung

    2005 wurde in Deutschland das erste Mal gentechnisch veränderter Mais, der sogenannte Bt-Mais, angebaut.

    Vorteile bietet diese Maissorte, da sie eine Eiweißart produzieren kann, die sie vor einem gefährlichen Schädling, dem Maiszünsler, schützt. Diese Pflanze produziert somit ihre eigene Schutzmaßnahme. Pestizide sind deshalb nicht mehr nötig. Dies schont die Umwelt. Zudem werden so Ernteverluste verhindert, die dadurch hervorgerufen wurden, dass der Maiszünsler die Pflanzen gefressen hat.

    Es ergeben sich jedoch auch Nachteile. Durch den Einsatz der Gentechnik entsteht eine neue Art. Diese Art kann sich mit anderen, heimischen Arten durch Kreuzung vermischen. Neue Arten mit undefinierten Eigenschaften können entstehen. Zudem kann sich der Bt-Mais unkontrolliert ausbreiten. Das Eiweiß, das der Genmais produziert, soll die Pflanzen vor dem Maiszünsler dadurch schützen, dass die Pflanze den Falter schädigt. Dies funktioniert jedoch nicht artspezifisch, das heißt, auch andere Schmetterlingsarten und auch Bienen sind betroffen.