Gentechnik und Biotechnologie: Grundlagen und Anwendungen

Gentechnik

Beinhaltet das Wissen über den genetischen Code, Regulationsmechanismen, Transkription und Translation, automatisierte Sequenzierungstechniken, Restriktionsenzyme und eine Reihe weiterer Techniken. Diese Techniken ermöglichen die Aufteilung und Verbindung von DNA-Fragmenten mit anderen makromolekularen Träger-DNA-Molekülen, was die Übertragung genetischer Information zwischen Organismen ermöglicht. Solche Moleküle, bei denen ein DNA-Fragment an einer anderen Stelle eingefügt ist, werden als rekombinante DNA-Moleküle bezeichnet.

DNA-Transformation

Ein Prozess, bei dem eine Zelle genetische Veränderungen erfährt, indem ein DNA-Molekül in ihren Kern aufgenommen wird.

Transduktion

Der Prozess, bei dem genetische Informationen zwischen Organismen (z. B. Bakterien) durch einen Virus (z. B. einen Bakteriophagen) übertragen werden.

DNA-Klonierung

Die übertragene DNA kann sich replizieren und exprimiert werden. Das zusammengefügte andere DNA-Molekül fungiert als Träger und wird als Klonierungsvektor bezeichnet. Als DNA-Klonierungsvektoren werden häufig Plasmide und Viren verwendet.

Anwendungen der Biotechnologie

• 1) Lebensmittel

  Zum Beispiel Milchprodukte (Joghurt, Käse usw.), Essig, Backwaren und Kuchen, Getränke (Wein, Bier usw.), da diese Herstellungsverfahren das Ergebnis von Fermentationen sind. Durch die Einführung genetisch veränderter Mikroorganismen können diese Prozesse verbessert werden.

• 2) Pharmazeutika

  • Antibiotika-Produktion: Substanzen, die durch Pilze und Bakterien produziert werden.
  • Vitamine: Einige werden durch chemische Synthese und andere durch Mikroorganismen oder Pflanzen gewonnen.
  • Proteine: Insulin, Hämoglobin, Blutgerinnungsfaktoren, Wachstumshormon, proteinreiche Impfstoffe (z. B. durch Transfer menschlicher Gene auf Bakterien zur industriellen Produktion in Bioreaktoren).

• 3) Landwirtschaft und Tierzucht (transgene Organismen)

  Transgene Pflanzen haben Gene erhalten, die ihnen Resistenzen gegen andere Agenzien verleihen: Herbizide, Schädlinge, Viren usw.

  Methoden der genetischen Transformation

  • Agrobacterium tumefaciens: Bakterien, die Tumore durch Übertragung ihres Ti-Plasmids verursachen.
  • Elektroporation: Öffnung von Poren in der Zellmembran.
  • Biolistik: Beschuss mit einem Teilchenbeschleuniger, der DNA-beschichtete Partikel verwendet.

  Biologische Schädlingsbekämpfung

  Auch durch den Einsatz von Raubinsekten oder durch sterile Insekten, die mit ionisierender Strahlung behandelt wurden.

  Transgene Tiere

  Werden durch die Einführung von Genen in Zygoten erzeugt, die dann zur Entwicklung implantiert werden.

  Beispiele

  • Transgene Mäuse mit verlängertem Wachstum durch Einführung des Wachstumshormon-Gens.
  • Pflanzen mit"ni"-Genen, die die Stickstofffixierung ermöglichen.
  • Transgene Maissorten, die Frost widerstehen, durch Einbeziehung eines Gens von einem sehr kälteresistenten Fisch.

• 4) Medizin und Sonstiges

  • a) Gewebekultur

    Anbau von Stammzellen zur Entwicklung verschiedener Gewebe.

  • b) Forensik

    Identifizierung von Personen (DNA-Test), Vaterschaftstests, Diagnose genetischer Krankheiten bei Menschen oder Feten.

  • c) Gentherapie

    Entfernung eines defekten Gens und Einbringung des gewünschten Gens.

  • d) Human Genome Project (HGP)

    Wurde 1988 mit dem Ziel gestartet, die gesamte DNA-Sequenz menschlicher Zellen zu bestimmen. Erste Ergebnisse zeigten, dass das menschliche Genom ca. 3 x 10⁹ Basenpaare enthält. Die Nutzung umfasst die Bestimmung des Standorts jedes Gens, Genvarianten bei verschiedenen Individuen, die Umstände, Ort und Zeit der Genaktivierung, die Bestimmung der Proteinaktivität und deren Zusammenhang mit Krankheiten usw.

  • e) Krebsforschung

    Die Umwandlung einer normalen Zelle in eine Krebszelle hängt mit Umweltfaktoren zusammen, die die DNA verändern. Es wird angenommen, dass mehrere Gene (Protoonkogene) an dieser Transformation beteiligt sind. Ursachen können Viren, Strahlung, chemische Substanzen usw. sein.

  • g) Umweltanwendungen

    Abwasserreinigung: Behandlung von Klärschlamm in mikrobiellen Bioreaktoren, wobei Biogas als Brennstoff gewonnen werden kann. Transgene Bakterien zur Beseitigung von Ölverschmutzungen.

Ethische Aspekte

• Die Produktion transgener Organismen könnte ökologische und gesundheitliche Katastrophen verursachen.
• Moralisch-ethische Gründe (z. B. die Absicht zu heilen).
• Soziale Motive (z. B. die Notwendigkeit einer genetischen Probe für Versicherungszwecke).
• Politische Gründe (Kontroverse um die Patentierung des menschlichen Genoms).