Angewandte Genetik

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die reife mRNA gewinnen → Das Enzym reverse Transkriptase ergänzt die mRNA zu einem RNA-DNA-Hybrid-Doppelstrang RNA-Einzelstrang wird enzymatisch abgebaut DNA-Einzelstrang wird mit DNA-Polymerase zum Doppelstrang aufgebaut →>> DNA RNA Bereich Angewandte Biologie Exon Intron mRNA DNA strand being synthesized Making complementary DNA (CDNA) for eukaryotic gene Exon Intron Exon Gene transcribed to RNA Introns removed and exons spliced together for mRNA Isolate mRNA from cell and add reverse transcriptase mRNA is digested by reverse transcriptase ☐☐☐☐☐☐ DNA polymerase added Second strand of DNA synthesized cDNA: DNA of genes without introns DNA template with sequence of interest 5' 3 Polymerase-Kettenreaktion (PCR) →>> Vervielfältigung von DNA Polymerase Versuchsansatz enthält... Th dNTPs Primers ☐ vervielfältigende doppelsträngige DNA Taq-Polymerase vier Nukleotide der DNA in großen Mengen Primer Denaturierung: Bei 90°C Zerlegung der DNA in Einzelstränge Hybridisierung: Bei 50-70°C Anlagerung der Primer an 3'-Ende der Einzelstränge Amplifikation: Bei 70°C Synthese des komplementären Strang durch die DNA-Polymerase, ausgehend von Primer → Schritte werden bis zu 40-mal wiederholt Denaturation 1st cycle Annealing Extension 2nd cycle 3rd cycle nth cycle PCR product -2 copies Gelelektrophorese →>> Trennung unterschiedlicher Moleküle Vorgehen Gel Ein Gel wird mit den in Lösung enthaltenen Molekülen befüllt und unter Gleichspannung gesetzt Abhängig von Ladung, Größe und Gestalt wandern die Moleküle unterschiedlich schnell durch das Gel Bereich Angewandte Biologie Negative Moleküle (DNA) wandern von Kathode (Minuspol) zu Anode (Pluspol) Glasplatten Strom- Quelle Gemisch von Molekülen unterschiedlicher Größe 3- me Gelelektrophorese |||||||| unsichtbar kürzere Moleküle längere Moleküle 301111 300 10001 gefärbtes, fertiges Gel Prinzip der Gendiagnostik Der genetische Fingerabdruck Vergleich von den DNA-Bereichen, die sich von Person zu Person unterscheiden um einen Menschen zuverlässig zu identifizieren → Besonders geeignet sind die polymorphen Bereiche mit repetitiven Sequenzen (kurze Basensequenzen wiederholen sich) Zerschneiden dieser Bereiche mit bestimmten Restriktionsenzymen ergibt ein einzigartiges Muster unterschiedlich langer DNA-Stücke Isolierung der DNA, z.B. aus Zellen der Mundschleimhaut ↓ Vervielfältigung bestimmter polymorpher Bereiche der DNA mit Hilfe der PCR ↓ Behandlung polymorpher Bereiche mit bestimmten Restriktionsenzymen; Zerlegung der DNA in unterschiedlich lange Stücke →>> Restriktionsfragmente der DNA ↓ Elektrophorese des Gemisches Chancen der Gendiagnostik Feststellen von Erbkrankheiten → Veränderter Genotyp von Embryonen lässt sich während der Schwangerschaft (oder in-vitro-Fertilisation) feststellen → In der Kriminalistik lässt sich ein Täter mit hoher Wahrscheinlichkeit identifizieren, auch bei geringen Mengen von DNA am Tatort RFLP Person A X- X- Person B Schnitt- stellen A Bereich Angewandte Biologie Lo<- Schneiden mit Restriktions- enzymen B Person I Ergebnis der Gelelektrophorese Person II Wieder- holungs- sequenzen Vervielfältigung mit PCR I T O + STR/ VNTR Antisense Technik → Mit Einsatz spezieller RNA-Moleküle die Expression eines Gens gezielt abschwächen beziehungsweise gänzlich verhindern Antisense-RNA ist komplementär zur mRNA des Gens, dessen Expression verhindert werden soll Antisense-RNA und mRNA lagern sich durch Wasserstoffbrückenbindungen zu einem Doppelstrang zusammen und blockieren sich somit gegenseitig → keine Translation Antisense-RNA wird durch Liposomen in Zelle eingebracht Wirkung ist kurz, da sie ebenfalls schnell abgebaut wird Bereich Angewandte Biologie Herstellung transgener Pflanzen → Agrobakterien besitzen Ti-Plasmid (=tumorinduzierend) → Ti-Plasmid wird durch Bakterien in die DNA der Pflanzenzelle eingeschleust, wodurch diese zum Tumor wird → zur Erzeugung transgener Pflanzen werden tumorauslösende Gene durch Spender-Gene ersetzt Herbizidresistenter Mais Veränderung der Inhaltsstoffe, z.B. Anti-Matsch Tomate: Mit dem Agrobacterium tumefaciens wird ein Gen eingefügt, das eine mRNA mit einer Basenfolge bildet, die komplementär zur mRNA des Pektinase-Gen ist Die beiden mRNA-Moleküle lagern sich zusammen, sodass das Pektinase Gen nicht abgelesen werden kann (Antisense-mRNA) Tomate kann das Enzym Pektinase nicht mehr bilden → Tomate wird nicht mehr matschig Geschlechtliche und ungeschlechtliche Fortpflanzung Ungeschlechtliche (asexuelle) Fortpflanzung → Nachkommen gehen aus mitotischen Teilungen eines Elternorganismus heraus Zweiteilung bei Einzellern Knospung bei vielzelligen Organismen → die Nachkommen sind mit Elternorganismus genetisch identisch (Klon) → asexuelle Fortpflanzung ist in stabilen Lebensräumen vorteilhaft Geschlechtliche (sexuelle) Fortpflanzung → Nachkommen gehen aus haploiden Geschlechtszellen (Keimzellen) hervor, die durch Meiose aus diploiden Urkeimzellen gebildet wurden → interchromosomale Rekombination (zufällige Verteilung der homologen Chromosomen) und Crossing-Over (Stückaustausch) = Neukombination sexuelle Fortpflanzung erzeugt große genetische Variabilität und ermöglicht somit eine höhere Anpassungsfähigkeit an instabile Lebensräume Definition Hauptbegriffe Keimzellen Befruchtung Keimbahn Klonen Bereich Angewandte Biologie → haploide Zellen, die in den Geschlechtsorganen erzeugt werden und der Fortpflanzung dienen (Spermien, Eizelle) → Vereinigung von männlicher und weiblicher Keimzelle → Direkte Entwicklung von der befruchteten Eizelle bis zur Keimzelle des neuen, geschlechtsreifen Organismus → durch künstlich herbeigeführte ungeschlechtliche Vermehrung genetisch identische Kopien von Lebewesen herstellen Klonen bei Säugetieren → Bisher zwei unterschiedliche Methoden möglich: Embryonenteilung: Embryo wird in der Zeit geteilt, in der noch alle Zellen totipotent sind Kernübertragung: Zellkern einer Körperzelle des Zuchttieres wird isoliert und auf eine entkernte Eizelle übertragen Beispiel Dolly Zellkern einer Körperzelle wurde auf entkernte Eizelle eines anderen erwachsenen Schafes übertragen Daraus entstandener Embryo brachte man zur Entwicklung in Uterus eines dritten Schafes ein Schaf A: Eizellen-Spender Schaf B: Körperzellen- Spender Eizelle Entfernen des Zellkerns Übertragen des Zellkerns Embryo- transfer Entwicklung des Embryos (in vitro) Schaf C: Ammenschaf Entwicklung des Embryos im Ammenschaf Lamm (Dolly) vom Ammen- schaf geboren Körperzelle Abb. 85: Entstehung des Schafes ,,Dolly" durch die Klonierung aus einer Körperzelle. Bereich Angewandte Biologie Klonen bei Pflanzen → Erzeugung von Pflanzen aus einzelnen Zellen oder Zellkulturen, ohne auf den natürlichen Befruchtungsvorgang zurückgreifen zu müssen Kalluskulturen Kallus → Zellhaufen aus undifferenzierten, totipotenten Zellen welche untereinander genetisch identisch sind Ein Kallus lässt sich aus angeschnittenen und sterilisierten Blättern oder aus kleinen Gewebestückchen in vitro erzeugen Durch gezielte Veränderung des Kulturmediums ist es möglich Kalluskulturen zur Differenzierung anzuregen → Entstehung vollständiger Pflanzen Antherenkulturen Anthere Staubbeutel einer Blütenpflanze Antheren mit unreifen Pollen werden auf einen geeigneten Nährboden gebracht Pollen teilen sich un wach. zu Kallis heran; haploid → durch Colchizin verdoppelt sich Chromosomensatz Therapeutisches Klonen → Ziel des therapeutischen Klonens ist es, bestimmte Zelltypen, Gewebearten und evtl. ganze Organe zu erzeugen, deren genetische Information identisch mit der eines bestimmten Menschen ist Dafür werden bestimmte Zellen, die Stammzellen benötigt: Eizelle Vorkommen → Nach der Befruchtung im Eileiter embryonale → sehr junge Stammzelle Embryonen (vor Einnistung in Schleimhaut) adulte Stammzelle Geweben und Organen → In den meisten Nabelschnur Plazenta Knochenmark Eigenschaften totipotent →je nach Alter: totipotent pluripotent differenzierte Zellen (eingeschränkt) ein bestimmter Zell- oder Gewebetyp → selten Differenzierung möglich Bereich Angewandte Biologie totipotent Bildung aller Organe möglich pluripotent → Bildung mehrerer verschiedener Zell-, Gewebe- und Organarten Methoden sind ethisch bedenklich da Embryonen keine Chance haben heranzuwachsen Ließe man sie heranwachsen, entstünden Klone (Verboten) Der "Verbrauch" und die Tötung von Embryonen sind in Deutschland nicht erlaubt Alternative: Veränderung von Stammzellen aus dem Körper desjenigen Menschen, der das Transplantat erhalten soll Durch Zugabe bestimmter Substanzen im Reagenzglas, sodass die adulten Stammzellen pluripotent werden → Wird bereits erforscht