Grundlagen der Biotechnologie und Gentechnik

Biotechnologie

Die Biotechnologie umfasst eine Reihe von Techniken und Verfahren zur Manipulation des genetischen Materials von Lebewesen, um Substanzen von Interesse für den Menschen zu gewinnen und die Umwelt zu erhalten. Sie findet Anwendung in der Produktion (Hormone, Medikamente), der Verbesserung der landwirtschaftlichen und tierischen Produktion, der Beseitigung bakterieller Verschmutzung sowie der Erzeugung alternativer Energien.

Gentechnik

Die Gentechnik nutzt verschiedene Verfahren der DNA-Manipulation, um ein Gen aus einem Organismus in das Erbgut eines anderen einzuführen.

Gentransfer: Prozesse

• Lokalisierung und Isolierung des Gens.
• Einfügung des isolierten Gens in einen Vektor.
• Einführung des Vektors in die Zielzelle.

Molekulare Werkzeuge

• Restriktionsenzyme: Schneiden DNA-Stränge und erzeugen Nukleotid-Fragmente mit kohäsiven Enden.
• Ligasen: Verbinden DNA-Fragmente mit den durch Restriktionsenzyme geschnittenen Vektoren.
• Vektoren: Dienen der Einführung von DNA-Fragmenten; es gibt zwei Arten: Plasmide und Viren.

Substanzen von großem Nutzen

• Blutgerinnungsfaktor VII
• Wachstumshormone
• Interferone
• Antibiotika

Genetische Manipulation in der Landwirtschaft

Ziel ist die Herstellung gentechnisch veränderter Lebensmittel und Pflanzen:

• Herstellung herbizidresistenter Sorten.
• Erzeugung von Pflanzen, die resistent gegen Schädlinge (Pestizide) sind.
• Erzeugung von Pflanzen, die resistent gegen widrige Witterungsverhältnisse sind.
• Änderung bestimmter Entwicklungsbedingungen der Pflanze.
• Einbau von Genen zur Herstellung von Substanzen von Interesse.

Anwendungen der Gentechnik bei Tieren

• Erhöhte tierische Produktion, insbesondere in Fischfarmen.
• Forschung bei Kühen und Ziegen zur Produktion pharmakologischer Substanzen in der Milch.
• Zucht von Tieren mit menschlichen Proteinen.
• Nutzung von Tieren als Modell zur Erforschung menschlicher Krankheiten.

Das Klonen

Das Klonen ist ein Prozess der asexuellen Fortpflanzung, bei dem exakte Kopien eines Individuums durch dessen eigene Mechanismen erzeugt werden.

Modalitäten des Klonens

• Reproduktives Klonen: Der diploide Kern einer somatischen Zelle wird in eine Eizelle eingeführt, der zuvor der eigene Kern entzogen wurde. Nach der Aktivierung der Zellteilung wird der Embryo in die Gebärmutter eingepflanzt.
• Therapeutisches Klonen: Das Verfahren ähnelt dem reproduktiven Klonen, jedoch wird der Embryo (Blastozyste) nicht in die Gebärmutter implantiert, sondern in vitro kultiviert, um Stammzellen zu gewinnen.

DNA-Analyse

• Vaterschaftstest: Klärung bei fragwürdiger Vaterschaft.
• DNA von Fossilien: Studium der DNA in versteinerten Überresten.
• Identifizierung von Sorten: Unterscheidung bei sehr ähnlichen äußeren Merkmalen.
• Evolutionäre Beziehungen: Forschung und forensische Identifizierung von Verdächtigen und Opfern bei Straftaten.

Das Humangenomprojekt (HGP)

Das Projekt begann mit der Ermittlung der relativen Positionen aller Nukleotide des menschlichen Genoms. Die Analyse erfolgte in zwei Stufen: genetische und physikalische Kartierung.

Innovative Aspekte des HGP

• Das menschliche Genom besteht aus 25.000 bis 30.000 Genen.
• Die Ähnlichkeit zwischen den Genomen von Menschen beträgt 99,98 %, der Unterschied liegt bei 0,02 %.

Nutzen der Daten

• Identifizierung der für Erbkrankheiten verantwortlichen Gene.
• Verbesserung der Diagnose von Krankheiten durch Gentherapie.
• Entwicklung spezifischer Medikamente gegen Volkskrankheiten wie Diabetes, Bluthochdruck oder Krebs.

Risiken der Biotechnologie

Es bestehen ökologische Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen auf Ökosysteme durch die Einführung gentechnisch veränderter Organismen. Umweltschützer warnen zudem, dass gentechnisch veränderte Kulturen den Einsatz von giftigen Substanzen erhöhen könnten, die den Boden belasten.