Biotechnologie verstehen: Klonen, Transgene Organismen & Medizinische Anwendungen

Klonen: Grundlagen und Methoden

Klonen bezeichnet den Prozess, mehrere genetisch identische Kopien eines Gens (Genklonierung) oder eines gesamten Organismus (Organismenklonierung) zu erzeugen.

Genklonierung: Schritte zur Vervielfältigung von Genen

Bei der Genklonierung werden identische Kopien eines Gens von Interesse in einen Wirtsorganismus eingeführt. Der Prozess umfasst typischerweise folgende Schritte:

1. DNA-Fragmente werden mit Restriktionsenzymen geschnitten und das gewünschte Gen isoliert.
2. Ein bakterieller Vektor (z.B. Plasmid) wird vorbereitet.
3. Rekombinante DNA wird unter Beteiligung eines Ligase-Enzyms gebildet.
4. Die rekombinante DNA wird in eine Wirtszelle eingeführt.
5. Die gewünschten Klone werden selektiert und vermehrt.

Klonierung eines Schafes: Das Dolly-Verfahren

Geklonte Tiere können entweder durch die Trennung embryonaler Zellen oder durch die Implantation eines Zellkerns in eine entkernte Eizelle erzeugt werden. Der Prozess der Klonierung eines Schafes (wie beim berühmten Schaf Dolly) umfasst folgende Schritte:

1. Einer unreifen Eizelle eines Schafes wird der Zellkern entnommen.
2. Der Kern der Eizelle wird durch den Kern einer somatischen Zelle eines anderen Schafes mittels Zellfusion ersetzt.
3. Der so entstandene Embryo wird in ein drittes Schaf (Leihmutter) implantiert, das die Schwangerschaft austrägt.
4. Das geborene Schaf ist genetisch identisch mit dem Spenderschaf, von dem der Zellkern stammte.

Transgene Organismen: Pflanzen und Tiere

Transgene Organismen sind Tiere oder Pflanzen, denen Gene aus einem anderen Organismus eingefügt wurden. Diese Gene verleihen ihnen neue Eigenschaften, die die ursprüngliche Art nicht besaß, wie z.B. Resistenz gegen Schädlinge, erhöhte Milchproduktion oder schnelleres Wachstum.

Herstellung einer insektenresistenten transgenen Pflanze

Der Prozess zur Erzeugung einer insektenresistenten transgenen Pflanze umfasst typischerweise folgende Schritte:

1. Ein DNA-Fragment, das das Gen für die Synthese einer insektiziden Substanz enthält, wird ausgewählt und geschnitten.
2. Die DNA wird mithilfe von Bakterien (z.B. Agrobacterium tumefaciens) in die Pflanzenzelle eingeführt.
3. Das eingefügte genetische Material der Bakterien wird in die Pflanzen-DNA integriert.
4. Die Pflanzenzellen werden im Labor kultiviert und zu vollständigen Pflanzen entwickelt.
5. Es entstehen insektenresistente Pflanzen.

Transgene Fische: Karpfen und Lachs

Der Prozess zur Erzeugung transgener Fische wie Karpfen und Lachs umfasst folgende Schritte:

1. Um die externe Befruchtung zu ermöglichen, geben Fische ihre Geschlechtszellen ins Wasser ab.
2. Kurz nach der Befruchtung erhalten die Embryonen eine Mikroinjektion von DNA mit den gewünschten genetischen Informationen.
3. Transgene Fische entstehen, wenn Fremd-DNA erfolgreich in ihr eigenes Genom integriert wurde.

Transgene Fische wachsen oft schneller und können in kälteren Umgebungen überleben.

Biomedizinische Anwendungen der Biotechnologie

Die menschliche Gesundheit ist einer der größten Nutznießer der aktuellen Biotechnologie. Ihre Errungenschaften wären vor nicht allzu langer Zeit noch undenkbar gewesen:

Gewinnung von Humaninsulin durch Gentechnik

Verschiedene Substanzen wie bestimmte Hormone, Enzyme oder antivirale Proteine können mithilfe gentechnischer Methoden hergestellt werden. Ein prominentes Beispiel ist die Produktion von Humaninsulin:

1. Ein Plasmid wird aus einem Bakterium isoliert.
2. Das Gen für Humaninsulin wird isoliert.
3. Das Insulin-Gen wird in das Plasmid eingefügt, wodurch rekombinante DNA entsteht.
4. Das modifizierte Plasmid wird in ein Bakterium eingeführt.
5. Die Bakterien vermehren sich schnell und produzieren dabei Humaninsulin.
6. Das gewonnene Insulin wird gereinigt und zur Behandlung von Diabetes eingesetzt.