Grundlagen der Gentechnik: Methoden und Verfahren

Was ist Gentechnik?

Die Gentechnik ist eine biotechnologische Methode, bei der Gene gezielt in das Genom eines Individuums eingebracht werden, um fehlende genetische Informationen zu ergänzen. Dies geschieht mithilfe von Restriktionsenzymen, die als „molekulare Scheren“ fungieren und DNA an spezifischen Stellen schneiden können.

Unter rekombinanter DNA versteht man DNA-Moleküle, die durch die Kombination von DNA-Segmenten verschiedener Herkunft neu zusammengesetzt wurden (z. B. die Einführung viraler DNA in eine Wirtszelle).

Die rekombinante DNA-Technologie

Diese Technologie ermöglicht es, DNA-Fragmente in unbegrenzter Menge zu vervielfältigen und in andere Organismen einzubringen, wo die Gene „exprimiert“ werden können. Ein klassisches Beispiel ist die Produktion von Insulin durch Bakterien.

Die vier grundlegenden Schritte

1. Spezifischer DNA-Schnitt: DNA wird durch Restriktionsenzyme in kleine, handhabbare Stücke zerlegt.
2. Erkennung spezifischer Sequenzen: Jedes Restriktionsenzym erkennt eine bestimmte Nukleotidsequenz und schneidet den DNA-Strang.
3. Sticky Ends: Die entstehenden freien Enden werden als „sticky ends“ bezeichnet, da sie sich mit komplementären DNA-Fragmenten verbinden können.
4. Klonierung: Die Fragmente werden in Klonierungsvektoren eingefügt, um sie in Wirtszellen zu transportieren.

Klonierungsvektoren

Vektoren sind Transportmoleküle, die sich in Wirtszellen selbstständig replizieren können. Man unterscheidet drei Haupttypen:

• Plasmide: Kleine, ringförmige DNA-Moleküle in Bakterien, die unabhängig vom Bakterienchromosom replizieren. Sie tragen oft Antibiotika-Resistenzgene als Marker.
• Virus-Phagen: Viren, die Bakterien infizieren. Durch Transduktion können sie Gene in das Wirtsgenom integrieren. Ein bekanntes Beispiel ist der Lambda-Phage.
• Cosmide: Hybrid-Vektoren aus Phagen und Plasmiden. Sie können wie Plasmide replizieren und wie Phagen verpackt werden, was den Transport größerer DNA-Fragmente ermöglicht.

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Die PCR dient der gezielten Vervielfältigung von DNA-Abschnitten. Benötigt werden: DNA-Vorlage, Nukleotide, Primer und DNA-Polymerase.

Die drei Phasen der PCR

1. Denaturierung: Durch Hitze wird die doppelsträngige DNA in Einzelstränge getrennt.
2. Hybridisierung (Annealing): Abkühlung des Gemischs, damit sich die Primer an die komplementären Enden der Einzelstränge anlagern können.
3. Verlängerung (Elongation): Die Taq-Polymerase synthetisiert neue DNA-Stränge, indem sie Nukleotide an das 3'-Ende der Primer anfügt.

Dieser Zyklus wird mehrfach wiederholt, wodurch die DNA-Menge exponentiell ansteigt.