Biotechnologie: Herstellung Transgener Organismen und Klonierung
Herstellung eines Transgenen Organismus (GVO)
Die Herstellung eines transgenen Organismus erfolgt in zwei Hauptstufen, um das gewünschte Gen in das Genom einer Zielzelle einzuführen.
Erste Stufe: Einführung des Gens
- DNA-Extraktion: Die gesamte DNA wird aus der Zelle extrahiert, die das interessierende Gen enthält.
- Gen-Lokalisierung: Das Gen und seine genauen Positionen werden lokalisiert, indem das DNA-Fragment, das es enthält, isoliert wird.
- Gen-Klonierung: Das Gen wird kloniert, da es unmöglich ist, mit nur einer Kopie zu arbeiten.
- Rekombinante DNA: Exogene Genfragmente werden hinzugefügt, um die spätere Ablesung zu erleichtern. Die so gebildete rekombinante DNA wird als Vektor (oder Konstrukt) bezeichnet.
- Transgen-Einführung: Das Transgen wird in den Zellkern der zu modifizierenden Zelle eingeführt. Hierfür wird ein Vektor verwendet – meist ein kleines DNA-Molekül, das sich leicht von Zelle zu Zelle bewegen kann (z. B. bakterielle Plasmide oder Viren). Alternativ kann die Zelle direkt infiziert werden.
- Selektion: Es werden jene Zellen identifiziert, die das Transgen erfolgreich aufgenommen haben und die gewünschte Information exprimieren (z. B. die Produktion eines Gifts). Hierfür wird üblicherweise ein Marker-Gen verwendet, das der Zelle Resistenz gegen ein Antibiotikum verleiht.
Zweite Stufe: Regeneration
In der zweiten Stufe, der Regeneration, wird aus der modifizierten Zelle eine vollständige Pflanze oder ein Tier gewonnen. Diese Phase erfordert den Einsatz von Klonierungstechniken.
Stufen des Zellkerntransfers (Klonierung)
- Gewinnung der Spenderzelle: Es wird eine differenzierte Zelle des Individuums gewonnen, das geklont werden soll. Diese Zelle enthält das gesamte Genom des Organismus, ähnlich wie eine Zygote, hat aber die Fähigkeit zur Fortpflanzung verloren.
- Gewinnung der Eizelle: Eine Eizelle wird von einem weiblichen Spender entnommen.
- Entfernung des Kerns: Der Kern der Eizelle wird entfernt (Enukleation).
- Kerntransfer: Der Kern der differenzierten Spenderzelle wird in die kernfreie Eizelle transferiert.
- Embryoentwicklung im Labor: Die Zelle wird im Labor in einem speziellen Medium kultiviert, bis sich der Embryo zu entwickeln beginnt.
- Transfer in die Leihmutter: Sobald das Morula-Stadium erreicht ist, wird der Embryo in die Gebärmutter einer Empfängermutter übertragen.
- Geburt: Nach der Tragzeit erfolgt die Geburt eines neuen Individuums, das ein Klon desjenigen ist, der den Zellkern und somit die genetische Information geliefert hat.
Anwendungen, Einschränkungen und Ethik des Klonens
Die Klonierung bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, wirft jedoch auch ethische Fragen auf:
- Landwirtschaft und Viehzucht: Gewinnung von Kopien von Tieren oder Pflanzen, die bestimmte, wirtschaftlich oder funktional interessante Merkmale aufweisen (z. B. transgene Tiere).
- Forschung: Bereitstellung identischer Versuchstiere, die als Modelle für die Untersuchung menschlicher Krankheiten dienen können.
- Ökologie: Rettung bedrohter oder vom Aussterben bedrohter Arten. Es besteht auch die theoretische Möglichkeit, ausgestorbene Arten zu klonen.
- Medizin (Organtransplantation): Beschaffung von Organen für Transplantationen durch das Klonen von Tieren. Es wird erforscht, wie verhindert werden kann, dass diese Organe vom menschlichen Immunsystem abgestoßen werden.