Einbau und Nachweis eines Fremdgens

Die Herstellung rekombinanter DNA und deren Übertragung auf Bakterien wird am Beispiel der gentechnischen Herstellung von Insulin veranschaulicht. Dieser Prozess verdeutlicht das Grundprinzip der Gentechnik zur Manipulation von Lebewesen.

Schritte zur Herstellung von rekombinantem Insulin

1. Ein Plasmid mit zwei Markergenen (Ampicillin-Resistenz und β-Galaktosidase) wird mit dem gleichen Restriktionsenzym geschnitten wie das Humaninsulingen.

2. Die entstehenden "sticky ends" ermöglichen die Zusammenlagerung des Insulingens mit dem Plasmid.

3. Das rekombinante Plasmid enthält nun das Insulingen, wobei das β-Galaktosidase-Gen unterbrochen wurde.

Highlight: Die Unterbrechung des β-Galaktosidase-Gens durch das Insulingen ist ein wichtiger Indikator für die erfolgreiche Integration des Fremdgens.

Selektion der rekombinanten Bakterien

Nach der Transformation der Bakterien mit den rekombinanten Plasmiden gibt es drei mögliche Ergebnisse:

1. Bakterien ohne Plasmid
2. Bakterien mit intaktem Plasmid (ohne Insulin)
3. Bakterien mit rekombinantem Plasmid (mit Insulin)

Example: Zur Unterscheidung werden die Bakterien auf einem Nährboden mit Ampicillin und X-Gal kultiviert:

• Bakterien ohne Plasmid wachsen nicht
• Bakterien mit intaktem Plasmid wachsen und bilden blaue Kolonien
• Bakterien mit rekombinantem Plasmid (Insulin) wachsen und bilden weiße Kolonien

Die weißen Kolonien enthalten die gewünschten Bakterien mit dem Insulingen. Diese werden isoliert und vermehrt, um die Herstellung von Humaninsulin in großem Maßstab zu ermöglichen.

Highlight: Diese Methode der rekombinanten DNA-Technologie revolutionierte die Produktion von Humaninsulin und ist ein Paradebeispiel für die praktische Anwendung der roten Gentechnik im medizinischen Bereich.

Werkzeuge der Gentechnik

Die molekulargenetischen Werkzeuge bilden die Grundlage für gentechnische Verfahren. Zu den wichtigsten zählen Plasmide, Restriktionsenzyme und Markergene.

Plasmide als Vektoren

Plasmide sind kleine ringförmige DNA-Moleküle, die in Bakterien vorkommen. Sie replizieren sich unabhängig vom Bakterienchromosom und können zwischen Bakterien ausgetauscht werden. Diese Eigenschaften machen sie zu idealen Vektoren in der Gentechnik.

Definition: Die Aufnahme eines Plasmids durch ein Bakterium wird als Transformation bezeichnet. Das dabei entstehende Plasmid nennt man rekombinantes Plasmid.

Restriktionsenzyme - Präzisionswerkzeuge der Gentechnik

Restriktionsenzyme sind molekulargenetische Werkzeuge, die DNA an spezifischen Stellen schneiden können. Diese Schnittstellen sind meist 4-8 Basenpaare lang und palindromisch aufgebaut.

Highlight: Restriktionsenzyme schneiden die DNA-Stränge versetzt, wodurch Einzelstrangüberhänge entstehen. Diese sogenannten "sticky ends" ermöglichen die gezielte Verknüpfung von DNA-Fragmenten.

Example: Das Restriktionsenzym EcoRI erkennt die Sequenz GAATTC und schneidet zwischen G und A: 5'G|AATTC 3' 3' CTTAA|G5'

Markergene für die Selektion

Markergene sind kurze DNA-Sequenzen mit einer spezifischen Funktion. Sie dienen der Identifikation und Selektion von Bakterien, die erfolgreich rekombinante Plasmide aufgenommen haben.

Example: Das Ampicillin-Resistenz-Gen verleiht Bakterien die Fähigkeit, auf einem Nährboden mit dem Antibiotikum Ampicillin zu wachsen.

Example: Das β-Galaktosidase-Gen führt zur Produktion eines Enzyms, das den Zucker X-Gal in einen blauen Farbstoff umwandelt. Dies ermöglicht den sogenannten Blau-Weiß-Test zur Identifikation rekombinanter Bakterien.