Biotechnologie und Gentechnik

Die Bedeutung des genetischen Codes in der Biotechnologie

Den genetischen Code zu kennen, hat große Bedeutung für die Entwicklung der Biotechnologie. Es ermöglicht, ein menschliches Protein in einer anderen Zelle herzustellen, da alle Zellen ihre Proteine mit dem gleichen genetischen Code synthetisieren.

Proteine und Enzyme

Proteine, insbesondere Enzyme, sind Chemikalien, die in Organismen die ablaufenden Reaktionen steuern. Sie werden auch als Biokatalysatoren bezeichnet, da sie diese chemischen Reaktionen beschleunigen. Ohne sie wäre der Prozess langsam und würde unter den erforderlichen Bedingungen nicht in den Zellen ablaufen. Jedes Enzym wirkt auf spezifische Moleküle in einer bestimmten Reaktion. Diese Spezifität hängt von seiner Struktur und damit von der Abfolge der Aminosäuren ab, aus denen das Protein besteht. Enzyme werden durch Gene bestimmt. Gene steuern die Menge der chemischen Reaktionen, die in den Zellen ablaufen. Enzyme haben eine große Anzahl von industriellen Anwendungen, und ihre Produktion im großen Maßstab ist eine große Herausforderung der Biotechnologie.

Biotechnologie und Gentechnik

Biotechnologie ist die Gesamtheit der genetischen und biochemischen Technologien, die die Veränderung von Organismen und biologischen Systemen oder Prozessen ermöglichen, um nützliche Produkte zu erhalten. Die Gentechnik umfasst die Veränderung von Genen. Die verwendeten Technologien sind die der rekombinanten DNA, Zellklonierungstechniken und Zell- und Gewebekulturtechniken.

Rekombinante DNA-Technologie

Die rekombinante DNA-Technologie umfasst Labortechniken, die es ermöglichen, DNA-Fragmente zu isolieren, zu kombinieren, zu kopieren und zu sequenzieren sowie DNA verschiedener Herkunft in einer einzigen DNA zu kombinieren. Wissenschaftler nutzen diese Techniken, um Gene von einer Zelle auf eine andere zu übertragen. Sie können beispielsweise das menschliche Gen für ein Protein in eine Hefe oder ein Bakterium einbringen und große Mengen dieses Proteins herstellen, das natürlicherweise nur in sehr geringen Mengen vorkommt. Gentechnisch veränderte Organismen sind Organismen, die durch Gentechnik gewonnen wurden, weil ihr Genom verändert wurde. Ein Transgen ist die Einführung eines oder mehrerer Gene, die von einer anderen Art stammen. Rekombinante DNA ist DNA, die Fragmente unterschiedlicher Herkunft enthält.

Herstellung von Produkten von Interesse mittels DNA

1. Identifizierung des DNA-Fragments, in dem sich das Gen von Interesse befindet.
2. Das DNA-Fragment mit dem Gen von Interesse wird aus einer Spenderzelle gewonnen und in eine Wirts- oder Empfängerzelle eingebracht. In der Regel werden Bakterien oder Hefezellen verwendet, die leicht zu züchten sind und sich sehr schnell teilen.
3. Die Wirtszelle enthält nun eine rekombinante DNA.
4. Das transgene Bakterium teilt sich und erstellt aufeinanderfolgende Kopien seines Genoms und auch der eingeführten DNA. Dies wird als Genklonierung oder DNA-Klonierung bezeichnet.
5. Bakterien mit dem Gen von Interesse werden in großen Fermentern unter günstigen Bedingungen gezüchtet, damit sie sich sehr schnell teilen und das Protein, z. B. Insulin, in das Kulturmedium absondern, aus dem es dann gereinigt wird.