Menschliches Genom & Biotechnologie: Genetik kompakt

Das menschliche Genom

Das Genom eines Organismus ist die Gesamtheit aller genetischen Informationen. Es besteht aus Genen (ca. 2 %) und aus den restlichen ca. 98 % aus RNA-Genen, intronischen Sequenzen (Introns, also DNA-Sequenzen, die nicht zur Proteinbildung genutzt werden) und sogenannter Junk-DNA.

In der DNA unterscheidet man im Wesentlichen folgende Bestandteile:

Aufbau von Genen: Exons und Introns

Exon: Der Teil der DNA innerhalb eines Gens, der die Information zur Proteinbildung kodiert.

Intron: Der Teil der DNA innerhalb eines Gens, der nicht an der Proteinsynthese beteiligt ist (wird bei der Prozessierung der prä-mRNA entfernt).

Junk-DNA: Bezeichnet DNA-Sequenzen, die nicht zu codierenden Genen gehören. Ein Großteil der als "Junk-DNA" bezeichneten Bereiche des Genoms haben keine bekannte kodierende Funktion, können aber regulatorische oder andere bisher unklare Aufgaben haben.

Genome und Komplexität

Organismen mit mehr Genen oder mehr Nukleotiden sind nicht zwingend komplexer als Organismen mit weniger Genen oder Nukleotiden.

Genomik ist jener Teil der Biologie, der sich mit der Untersuchung von Genomen befasst.

Proteomik beschäftigt sich mit der Untersuchung aller vom Genom kodierten Proteine (dem Proteom).

Entwicklungsgenetik

Die Entwicklungsgenetik hat es ermöglicht, die Regeln zu entschlüsseln, die die Entwicklung von Organismen steuern.

Die Entwicklung eines Organismus beginnt meist mit einer einzigen Zelle, die sich vermehrt (Proliferation) und deren Tochterzellen sich anschließend spezialisieren, um verschiedene Gewebe zu bilden (Differenzierung).

• Proliferation: Erfordert Zellteilung und die Replikation des Genoms.
• Differenzierung: Beruht auf der Regulation der Genexpression, wobei in verschiedenen Geweben unterschiedliche Gene exprimiert werden.

Epigenetik

Epigenetik ist der Zweig der Genetik, der Merkmale untersucht, die nicht durch die Nukleotidsequenz der DNA bestimmt werden. Dazu zählen beispielsweise DNA-Methylierung, Histonmodifikationen und Chromatin-Struktur, die die Genexpression beeinflussen können, ohne die Basensequenz zu verändern.

Gene manipulieren: Biotechnologie

Die gezielte Manipulation einzelner Gene ist ein zentrales Thema der modernen Biotechnologie.

Werkzeuge der Biotechnologie

Wesentliche Werkzeuge für die Manipulation von DNA sind:

• Schneiden: Restriktionsenzyme. Sie sind in der Lage, DNA an spezifischen Sequenzen zu schneiden.
• Einfügen: DNA-Ligase. Ermöglicht die Verbindung von DNA-Fragmenten, die zuvor durch Enzyme geschnitten wurden.
• Kopieren: Plasmide. Plasmide sind kleine, ringförmige DNA-Moleküle in Bakterien, die als Vektoren verwendet werden können.
• Transformation: Methode, um Bakterien Plasmide aufzunehmen (Einführung von Plasmiden in Bakterien).

Biotechnologie: Produktion von Proteinen

In der pharmazeutischen Industrie wurden bereits zahlreiche rekombinante Proteine vermarktet, darunter:

• Humanes Interferon
• Wachstumshormon
• DNA-Polymerase I
• Impfstoffe auf Basis rekombinanter Proteine

In der Lebensmittelindustrie hervorzuhebende Produkte sind beispielsweise:

• Chymosin (zur Käseherstellung)
• Rindersomatotropin (bovines Wachstumshormon)

In der Waschmittelindustrie eingesetzte Enzyme umfassen:

• Lipase
• Subtilisin

Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine Methode, um DNA-Proben schnell und selektiv zu vervielfältigen.

Biotechnologie: Gentechnisch veränderte Organismen (GM)

Transgene Organismen sind gentechnisch veränderte Organismen, die ein fremdes Gen (Transgen) tragen.

Beispiele für erzielte Anwendungen sind:

• Bakterien: Superdegradierende Bakterien, die zur Beseitigung von Ölpesten eingesetzt werden können.