Gentechnik: Grundlagen, Werkzeuge und Anwendungen

Gentechnik: Grundlagen und Anwendungen

Gentechnik ist definiert als die Gesamtheit der Techniken, die es ermöglichen, das genetische Material eines Lebewesens zu manipulieren, d.h. Gene zu modifizieren. Diese Manipulation besteht im Wesentlichen aus:

• Einführung neuer Gene in das Genom.
• Löschen bestehender Gene in einem Genom.
• Änderung der in einem gegebenen Gen enthaltenen Informationen.

Die neuen genetischen Kombinationen werden in Organismen eingebracht und können an nachfolgende Generationen weitergegeben werden. Sie wird auch als rekombinante DNA-Technologie bezeichnet, da die meisten Techniken auf der Rekombination von DNA-Fragmenten beruhen.

Werkzeuge der Gentechnik

Um neue Kombinationen des genetischen Materials zu erhalten, benötigt man:

1. Restriktionsenzyme

   Sie sind eine Art von Protein, das ein spezifisches DNA-Fragment erkennt und schneidet. Durch verschiedene Restriktionsenzyme können unterschiedliche DNA-Fragmente erhalten werden. Jedes Restriktionsenzym erkennt eine spezifische Sequenz von Nukleotiden und schneidet an dieser Stelle jeden der DNA-Stränge. Die verbleibenden freien Enden werden als klebrige Enden (sticky ends) bezeichnet, da sie an andere DNA-Fragmente binden können, die mit demselben Restriktionsenzym geschnitten wurden. Die folgenden Bilder zeigen, wie diese Enzyme wirken.

2. Vektoren

   Vektoren sind Träger für die Einführung des genetischen Materials in Wirtszellen. Klonierungsvektoren sind kleine DNA-Moleküle, die die Fähigkeit haben, sich innerhalb von Wirtszellen selbst zu replizieren. Häufig verwendete Klonierungsvektoren sind:

   • Plasmide: Dies sind ringförmige DNA-Moleküle, die Bakterien zusätzlich zum Bakterienchromosom besitzen. Das neue DNA-Fragment (Gen) wird in das gewünschte Plasmid eingefügt und dann das Plasmid in den Organismus eingebracht, in den wir das Gen einführen wollen.
   • Viren: Der Prozess ist ähnlich. Das gewünschte Gen wird in die DNA des Virus eingefügt und dann das Virus in den Organismus eingebracht, in den wir das Gen einführen wollen.

Anwendungen der Gentechnik

Die Gentechnik hat viele Anwendungen, vor allem in zwei Bereichen:

• In der Biotechnologie: (Dies wird im folgenden Abschnitt behandelt)
• In der Medizin:
  • Diagnose von Krankheiten: Die Gentechnik kann Veränderungen der DNA aufdecken. Dies ist sehr wichtig in der Pränataldiagnostik.
  • Behandlung von Krankheiten: Mit der Gentherapie wird versucht, Krankheiten durch den Ersatz eines veränderten Gens durch ein normales Gen zu heilen. Der Einsatz dieser Technologie wird bei Krankheiten wie AIDS und Krebs untersucht.
  • Forensische Medizin: Jeder Mensch hat ein charakteristisches DNA-Muster, den sogenannten genetischen Fingerabdruck, der durch Restriktionsenzyme gewonnen wird. Dies ermöglicht die Identifizierung einer Person mit großer Zuverlässigkeit.