Biotechnologie und Gentechnik: Von Hormonen bis zur Gentherapie

Herstellung wichtiger Proteine durch Biotechnologie

Wachstumshormon und Insulinproduktion

Die Gewinnung von Wachstumshormon erfolgte früher aus den Hypophysen von Rinderkadavern. Auch Insulin wurde ursprünglich aus tierischen Quellen gewonnen (z. B. 3000 kg Schweinepankreas).

Heute wird Insulin effizienter durch gentechnisch veränderte Bakterien produziert. Hierfür sind nur etwa 2000 Liter Bakterienkultur notwendig, im Gegensatz zu den großen Mengen an tierischem Gewebe, die früher benötigt wurden.

Diagnose und Behandlung genetischer Krankheiten

Diagnose: Hybridisierung

Zur Diagnose werden die DNA-Stränge des zu untersuchenden Gens getrennt und mit einer Kette des abnormalen Gens in Kontakt gebracht (Hybridisierung). Das abnormale Gen wird anschließend durch Fluoreszenzfärbung sichtbar gemacht.

Gentherapie: Behandlung und Herausforderungen

Die Gentherapie zielt darauf ab, abnormale Gene zu korrigieren, um deren Manifestation zu verhindern. Dabei wird eine korrekte Kopie des defekten Gens in die betroffenen Zellen eingefügt, meist mithilfe einer viralen Infektion (Vektor).

Die Gentherapie steht jedoch vor großen Herausforderungen:

• Die Vektoren können Infektionen hervorrufen.
• Es besteht das Risiko der Tumorentstehung.
• Im schlimmsten Fall kann der Tod des Patienten eintreten.

Anwendungen der Biotechnologie in Landwirtschaft und Tierzucht

Grundlagen der Genetischen Manipulation (Transgenese)

Transgene Organismen sind Lebewesen, deren genetisches Material manipuliert wurde. Dies geschieht durch das Ausschneiden und Einfügen von DNA-Abschnitten mithilfe von DNA-Enzymen. Diese Art der Transgenese hat ihre Vor- und Nachteile:

• Das Einfügen von Genen ist schwierig und muss streng kontrolliert werden, da unkontrollierte Manipulationen das Genom schädigen können.
• Bei transgenen Tieren ist die Erfolgsrate oft gering (z. B. überleben 4 von 5 Tieren die Prozedur nicht).
• Die Technologie funktioniert sehr gut bei Bakterien und ist kommerziell erfolgreich bei Pflanzen.
• (Anmerkung zur Eugenik): Die Vorstellung, nur „perfekte“ Wesen zu schaffen („EUGENE“), ignoriert den positiven Wert der genetischen Vielfalt in der Bevölkerung, die unterschiedliche Resistenzen gegen Krankheiten bietet.

Landwirtschaftliche Biotechnologie

Kulturpflanzen können gentechnisch so konstruiert werden, dass sie Gene für Proteine von Interesse enthalten, z. B. für eine verzögerte Reifung (wie bei Tomaten).

Ziele der Pflanzenbiotechnologie

1. Entwicklung Herbizid-resistenter Pflanzen.
2. Erhöhung des Ertrags.
3. Steigerung des Nährwerts der Pflanzen.
4. Produktion von Produkten mit kommerziellem Interesse.

Herstellung transgener Pflanzen (Beispiel Schädlingsresistenz)

Ein gängiges Verfahren nutzt das Bakterium Bacillus thuringiensis (Bt), das Insektizide produziert. Das Bt-Gen wird in einen Vektor eingeführt und anschließend in die Pflanze übertragen. Die resultierende Pflanze ist schädlingsresistent, da ihre Blätter die insektizide Substanz enthalten.

Biotechnologie bei Tieren

Die gentechnische Veränderung von Tieren kann die Effizienz und das Gewicht verbessern sowie die Produktion (Milch, Eier) steigern. Zudem können Tiere resistenter gegen bestimmte Infektionen gemacht werden.

Transgene Säugetiere werden auch genutzt, um menschliche Proteine über die Milch freizusetzen.

Klonen

Definition und Prozess des Klonens

Klonen ist eine Methode, bei der ein Zellkern entnommen und in eine entkernte Eizelle eingesetzt wird. Wenn diese Zelle stimuliert wird, kann sie sich teilen und sich wie ein Embryo entwickeln.