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Gentechnik – Methoden und Werkzeuge 10:08 min

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Transkript 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.

13 Kommentare
  1. Hallo Sahra A.,
    es freut uns, dass dir das Video gefallen hat!
    Im Zusammenhang mit Genen spricht man von der Genexpression. Dies ist der Vorgang, bei dem genetische Informationen umgesetzt und Proteine synthetisiert werden. Exprimieren ist das entsprechende Verb des Vorgangs. Wenn man also sagt, dass ein Gen exprimiert wird, so heißt das, dass dieses zunächst zur RNA transkribiert und anschließend zu einem Protein translatiert wird.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor 6 Monaten
  2. was bedeutet exprimieren?

    Von Sahra A., vor 6 Monaten
  3. danke ein sehr hilfreiches Video für meine bevorstehende Vergleichsklausur. Daumen hoch!! :)

    Von Sahra A., vor 6 Monaten
  4. Hallo Leofschorling,
    das ist so pauschal leider nicht zu beantworten, denn jede Schule und jeder Lehrer kann etwas andere Schwerpunkte setzen. Auch die Lehrpläne der verschiedenen Bundesländer sind leider ganz unterschiedlich. Wir versuchen mit unseren Videos die gängigen Lerninhalte der Schulen abzudecken. Allerdings ist es wichtig, dass du für eine Prüfung auch immer zusammen mit deinen Materialien aus dem Unterricht lernst.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor 8 Monaten
  5. Ist das auch für Bio Lk ausreichend?

    Von Leofschorling, vor 8 Monaten
  1. super erklärt!

    Von Pickel Susanne, vor etwa 3 Jahren
  2. super Video, methodisch aufgebaut und pädagogisch wertvoll.

    Von Bdeurope, vor mehr als 4 Jahren
  3. Hallo,
    Plasmide kommen, zusätzlich zur chromosomalen DNA, in vielen Bakterien vor. Zwei Bakterien können Plasmide mittels Konjugation austauschen. In der Gentechnik werden Plasmide oft als „Werkzeuge" gebraucht. Sie werden dafür aus einem Bakterium extrahiert. Ein Stück Fremd-DNA kann dann, wie im Video gezeigt, eingebaut werden und das Plasmid wird an entsprechender Stelle wieder eingeschleust.

    Von Anna-Maria Z., vor mehr als 4 Jahren
  4. wo befindet sich den das Plasmid vor der Einschleusung in die Bakterie ?

    Von Esmasultan0606, vor mehr als 4 Jahren
  5. Hallo,
    in manchen Bundesländern wird dieses Thema schon in Klasse 10 behandelt. Sicher gehört dein Bundesland dazu. Allerdings versuchen wir bei sofatutor.com einen Querschnitt durch ganz Deutschland zu ziehen, weshalb wir manche Videos evtl. anders einordnen als das in dem ein oder anderen Bundesland der Fall ist. Diesbezüglich bitten wir natürlich um Verständnis.

    Von Jan Ruppe, vor mehr als 5 Jahren
  6. Das Niveau stimmt nicht exakt, da wir dieses Thema schon in der 10. Klasse behandeln, ansonsten wurde alles Perfekt umgesetzt.

    Von Mymsn112, vor mehr als 5 Jahren
  7. Sie haben die DNA-Polymerase kaum erklärt, ansonsten ist das Video sehr verständlich !

    Von Steffi Endress, vor fast 6 Jahren
  8. Super erklärt! Danke!

    Von Buli Can, vor etwa 6 Jahren
Mehr Kommentare

Gentechnik – Methoden und Werkzeuge Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Gentechnik – Methoden und Werkzeuge kannst du es wiederholen und üben.

  • Definiere die Funktion der Gentechnik.

    Tipps

    In der Gentechnik werden die Plasmide von Bakterien und Viren als Vektoren verwendet.

    Lösung

    Die Gentechnik bezeichnet molekularbiologische Methoden und Verfahren, die die Veränderung des Erbgutes von verschiedenen Organismen ermöglichen. Durch den Einsatz von unterschiedlichen Enzymen können DNA-Fragmente geschnitten, neu kombiniert und in neue Genabschnitte eingefügt werden, sodass eine Expression in neuen Zellen ermöglicht werden kann, wenn diese sich vermehren.

  • Bestimme die funktionelle Einheit der Werkzeuge der Gentechnik.

    Tipps

    Die Endung -ase wird meist für Enzym-Namen verwendet. Zum Beispiel werden Enzyme, die die Zucker Maltose und Lactose verarbeiten, Maltase und Lactase genannt.

    Lösung

    Die wichtigsten Werkzeuge der Gentechnik sind Enzyme und Vektoren. Bei der Klonierung neuer DNA-Fragmente spielen die Enzyme Restriktionsenzyme, Ligasen und Polymerasen eine sehr große Rolle und sind wesentlich für die Neukombination von DNA. Nach der Klonierung werden Vektoren als sogenannte „Genfähren“ verwendet. Sie haben die Funktion, die „Fremd-DNA“ in eine Empfängerzelle zu transportieren, sodass eine Expression der Fremd-DNA in der neuen Empfängerzelle erfolgen kann. Plasmide und Viren können in der Gentechnik als Vektoren eingesetzt werden.

  • Erläutere den Ablauf der Herstellung von menschlichem Insulin durch gentechnisch veränderte Bakterien.

    Tipps

    Um Insulin herstellen zu können, muss zunächst das Gen, das Insulin herstellt, isoliert und in ein Plasmid eingefügt werden.

    Lösung

    Auch bei der Herstellung von Insulin müssen die Schritte Restriktion, Ligation und das Einschleusen des Plasmids in Bakterien erfolgen. Hierfür muss das Gen, das Insulin herstellt, schon identifiziert sein und isoliert werden. Nach der Klonierung des Gens in das Plasmid, wird das Plasmid als Transportvehikel genutzt und in das Bakterium eingeschleust. Durch die Vermehrung der Bakterien und die Replikation des Plasmids kommt es zur Expression dieses Gens. Das menschliche Insulin, das dabei entsteht, kann aus den Bakterienzellen gewonnen werden und für medizinische Zwecke verwendet werden.

  • Nenne die Eigenschaften eines Plasmids.

    Tipps

    Plasmide sind nicht lebensnotwendig, enthalten aber Gene, die den Bakterien zu Vorteilen verhelfen.

    Lösung

    Plasmide gehören zu den wichtigsten Werkzeugen der Gentechnik und werden als Vektoren verwendet. Hierbei handelt es sich um kleine, ringförmige DNA-Moleküle in Bakterien, die sich autonom replizieren. Sie kommen zusätzlich zum Bakterienchromosom als freie, in sich geschlossene DNA-Moleküle vor und beinhalten Gene, die für die Bakterien nicht lebensnotwendig sind, die ihnen aber zu einem Vorteil verhelfen. Beispielsweise besitzen sie Resistenzgene für bestimmte Antibiotika. Außerdem besitzt jedes Plasmid mindestens einen Replikationsursprung. Dieser bildet den Anfangspunkt der Replikation und ist essenziell für die Vermehrung von Bakterien.

  • Bestimme die Funktion der wichtigsten Werkzeuge und Elemente der Gentechnik.

    Tipps

    Polymerasen kommen in allen Lebewesen vor und sind an der Replikation der DNA beteiligt.

    Lösung

    Die wichtigsten Werkzeuge der Gentechnik sind Enzyme und Vektoren. Bei der Klonierung neuer DNA-Fragmente spielen die Enzyme Restriktionsenzyme, Ligasen und Polymerasen eine sehr große Rolle und sind wesentlich für die Neukombination von DNA. Restriktionsenzyme erkennen bestimmte DNA-Sequenzen und schneiden diese. Ligasen verbinden die neukombinierten Bruchstücke miteinander und Polymerasen katalysieren die Replikation. Nach der Klonierung werden Vektoren als sogenannte „Genfähren“ verwendet. Sie haben die Funktion, die „Fremd-DNA“ in eine Empfängerzelle zu transportieren, sodass eine Expression der Fremd-DNA in der neuen Empfängerzelle erfolgen kann. Die Plasmide der Bakterien werden in der Gentechnik als Vektoren verwendet.

  • Bewerte die Aussagen über „sticky ends“.

    Tipps

    Einige Restriktionsenzyme spalten die doppelsträngige DNA so, dass kurze einzelsträngige Enden entstehen, die „sticky ends“ genannt werden.

    Lösung

    „Sticky ends“ werden die einzelsträngigen Enden der DNA genannt, die nach der Spaltung durch Restriktionsenzyme entstehen. Ins Deutsche übersetzt bedeutet es „klebrige Enden“. Diese Bezeichnung ist daher so passend, weil sich die „sticky ends“ so verhalten wie Klebelaschen beim Basteln. Wenn man die zu kombinierenden DNA-Fragmente mit demselben Restriktionsenzym schneidet, entstehen komplementäre Enden, die sich aneinander legen und anschließend ligiert werden können.