DNA, Gene und Klonen: Grundlagen der Genetik und Biotechnologie

Grundlagen der Genetik: DNA, Genome und Gene

Entdeckung der DNA-Struktur

James Watson und Francis Crick schufen 1953 die molekulare Struktur der DNA. Die genetische Information des lebenden Körpers ist in den Zellen mit Chromosomen gespeichert.

Das menschliche Genom

Das gesamte Genom eines Organismus umfasst dessen gesamte genetische Information. Das menschliche Genom wurde im Jahr 2003 veröffentlicht. Das menschliche Genom besteht aus etwa 23 Chromosomenpaaren und rund 20.000 bis 25.000 Genen. Nur etwa 2% des Genoms kodieren für Proteine; die restlichen 98% (Introns) galten lange als „Müll“, deren Funktion wir noch nicht vollständig verstehen.

Gene und Vererbung

Gene sind DNA-Fragmente, die die Informationen für bestimmte Merkmale enthalten. Der Genotyp ist die Gesamtheit der einzelnen Gene. Das Genom wird als das vererbbare Set aller Merkmale einer Art bezeichnet.

DNA-Duplizierung und Informationsübertragung

Der Prozess der DNA-Duplizierung ermöglicht durch das Kopieren der Gene die Übertragung genetischer Botschaften von den Eltern auf die Kinder.

Die Funktion des Gens

Der Wert des Gens liegt in seiner Replikation und der anschließenden Übertragung der ererbten Informationen. Proteine bauen und steuern die Funktion der meisten Lebewesen.

Die Struktur der DNA

DNA ist ein Molekül, das aus zwei Strängen besteht. Jeder Strang ist eine Kette vieler chemischer Verbindungen, bestehend aus Nukleotiden. Die Hauptbestandteile sind:

• Vier stickstoffhaltige Basen: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C).
• Zucker: Desoxyribose.
• Phosphorsäure.

Klonen und Biotechnologie

Klonen von Organismen

Klonen eines Organismus bedeutet die Erzeugung eines genetisch identischen Nachkommens. Ein Klon wird nicht durch sexuellen Fortpflanzungsprozess aus einzelnen Zellen oder Personen erhalten, sondern ist genetisch identisch mit der Ausgangsform.

Pflanzenklonen und Gentechnik

Pflanzenklonen erfordert nicht zwingend Gentechnik; traditionelle Vermehrungsmethoden sind ebenfalls möglich. Ein wichtiger Bereich ist die Isolierung von Mykotoxinen aus transgenen Organismen, also genetisch veränderten Organismen.

Anwendungen bei Pflanzen

Die Massenproduktion und Nutzung genetisch veränderter Organismen (GVOs) nimmt zu. Ein interessanter Aspekt ist die Produktion von Proteinen, die Pflanzen dazu bringen, eine Vielzahl von Eigenschaften auszudrücken.

Transgene Anwendungen bei Pflanzen

• Schutz gegen Mykotoxine.
• Resistenz gegen Schädlinge/Herbizide.
• Verbesserung der Obstqualität.
• Erhöhung der Toleranz gegen Umweltbedingungen.
• Nutzung für Bio-Kraftstoffe.

Transgene Anwendungen bei Tieren

Transgene Anwendungen bei Tieren umfassen:

• Produktion von Arzneimitteln in der Milch von Schafen und Rindern.
• Tiere mit besseren Funktionen (z.B. schnelleres Wachstum, weniger Fett).
• Einführung menschlicher Gene zur Erforschung von Heilmethoden für Krankheiten.

Stammzellen

Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die sich in andere Gewebetypen entwickeln können oder das Potenzial haben, sich zu allen anderen Zellen des menschlichen Körpers zu entwickeln.

Typen von Stammzellen

Typen:

• Embryonale Stammzellen (aus übrig gebliebenen Embryonen aus In-vitro-Fertilisation – ethische Fragen sind zu beachten).
• Stammzellen aus der Nabelschnur oder dem Fruchtwasser.
• Induzierte pluripotente Stammzellen (aus adulten Zellen, die zu bestimmten Zelltypen wie Neuronen differenziert werden können).