Grundlagen der Genetik: DNA, GVO und Gentherapie

Die molekulare Struktur der DNA

Die molekulare Struktur der DNA wurde 1953 von J. Watson und F. Crick entdeckt. Die Doppelhelix der DNA besteht aus zwei Strängen in Form einer Spirale (Helix). Jeder Strang bildet eine Kette, die sich wie die Holme einer Leiter gegenüberliegen und durch die Basenpaare verbunden sind.

Nukleotide

Jedes Nukleotid besteht aus einer der vier Basen: A (Adenin), T (Thymin), C (Cytosin) und G (Guanin).

DNA-Polymerase

Die DNA-Polymerase ist ein Enzym, das die DNA-Replikation durchführt. Es ist das wichtigste Enzym in diesem Prozess. Ausgehend von einem Primer fügt die DNA-Polymerase komplementäre Nukleotide an den neuen DNA-Strang an, um diesen zu verlängern.

Primer

Ein Primer ist eine kurze Nukleinsäuresequenz, die als Ausgangspunkt für die Anlagerung von Nukleotiden dient, um den Vorlagestrang zu kopieren.

Herstellung eines transgenen Organismus

1. Extraktion der gesamten DNA und Identifizierung des zu kopierenden Genfragments.
2. Veränderung der DNA des Gens.
3. Einfügen des exogenen Gens in den Zellkern der Zielzelle.
4. Die Zelle hat das Transgen in ein Chromosom integriert.

Klonen eines Gens (PCR-Verfahren)

1. Denaturierung: Die DNA wird bei 90 °C erhitzt, um die Stränge zu trennen.
2. Hybridisierung: Die Temperatur wird auf 50 °C gesenkt, damit sich die Primer an die Sequenzen anlagern können.
3. Verlängerung: Die Temperatur wird auf 60 °C erhöht. Eine hitzebeständige DNA-Polymerase fügt Nukleotide hinzu, um die Kette zu verlängern.

Genetisch veränderte Lebensmittel

Hierbei handelt es sich um Produkte, die aus GVO (gentechnisch veränderten Organismen) gewonnen werden.

Das menschliche Genom

Das menschliche Genom enthält etwa 3,2 Milliarden Basenpaare. Nur 2 % des Genoms enthalten Gene, die für Proteine kodieren. Ein sehr hoher Prozentsatz besteht aus sogenannter „Junk-DNA“, deren Funktion noch nicht vollständig geklärt ist. Es gibt etwa 25.000 Gene, wobei die Funktion von fast der Hälfte noch unbekannt ist.

Genetische Erkrankungen

Genetische Störungen entstehen durch Mutationen in einem Gen oder Chromosom, die deren normale Funktion beeinträchtigen.

Chromosomenanomalien

Beispiel: Trisomie 21 (Down-Syndrom).

Monogene Erkrankungen

Veränderungen, die nur ein einzelnes Gen betreffen.

Gentherapie

Die Gentherapie besteht darin, eine funktionierende Kopie eines defekten Gens in das Zellgewebe des Patienten einzuschleusen, um die normale Funktion des Gewebes wiederherzustellen.