Gentechnik

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in der Zelle durch Transkription von DNA auf mRNA umgeschrieben - Reverse Transkriptase wird aus Retroviren gewonnen, Transkription läuft damit umgekehrt 1. mRNA wird aus dem entsprechenden Zellen isoliert 2. Nach Zugabe von DNA-Nukleotiden wird mit Hilfe der reversen Transkriptase komplementär zur mRNA ein DNA Einzelstrang synthetisiert 3. Die mRNA wird von dem DNA-Einzelstrang getrennt 4. Die zugegebenen DNA-Nukleotide ergänzen den DNA-Einzelstrang komplementär zum Doppelstrang. (DNA-Polymerase erforderlich) → cDNA entsteht (copy-DNA) - In Zellen läuft nicht nur die Transkriptions eines Gens, sondern aller aktiven Gene → Es entsteht ein cDNA Stück mit verschiedenen genetischen Informationen aller aktiven Gene → Richtige DNA Stück muss mit einem gesonderten Vorgang herausgesucht werden In-vitro-Synthese eines Gens: Ein Gen lässt sich sehr gezielt gewinnen, indem man es chemisch in vitro, also im Labor im Reagenzglas, durch die Verkettung der entsprechenden Nukleotide in der richtigen Reihenfolge synthetisiert 1. Die Abfolge der Aminosäuren des gewünschten Genprodukts (Protein) wird festgestellt (Aminosäurefrequenz-Analyse) 2. Im Code-Lexikon wird abgelesen, welche Basensequenz der DNA die Information für die Aminosäurefrequenz des Genprodukts speichern kann 3. Aus DNA-Nukleotiden wird im Reagenzglas der entsprechende DNA-Doppelstrang synthetisiert - Durch die Degeneration des genetischen Codes ist damit zu rechnen, dass die künstliche DNA eine andere Basenfolge hat als die Natürliche → Information jedoch trotzdem identisch 1.2 Transfer eines Gens Vektoren Plasmide Hybridplasmide 2/11 Ligasen DNA-Stücke, die von Zellen leicht aufgenommen werden, meist Plasmide oder Viren Kleine ringförmige DNA-Stücke in Bakterien Mischplasmide, in denen Bakterien-DNA mit fremder DNA kombiniert ist (rekombinante DNA) Enzym, welches wie ein genetischer Kleber die DNA-Stränge zu einem Strang verbindet Biologie Abitur Angewandte Genetik und Reproduktionsbiologie Arbeitsschritte eines Gentransfers: (Übertragung eines Gens auf Bakterienzelle mithilfe von Plasmiden) 1. Öffnung von Plasmidringen im Reagenzglas mit den gleichen Restriktionsenzymen, die auch zur Isollierugúng des Gens dienten, das übertragen werden soll (gleiche sticky ends) 2. Mischung der isolierten Gene mit den geöffneten Plasmid-Ringen, wenn sich komplementäre sticky-ends finden bilden sich zwei Arten von Plasmid Ringen: Art enthält nur Bakterien-DNA (Plasmidringe schließen sich an der Öffnungsstelle wieder) Art enthält zusätzlich ein fremdes DNA-Stück. Es entstehen Hybridplasmide 3. Zugabe von DNA-Ligase (DNA-Stücke verbinden sich fest miteinander) 4. Mischung der Plasmide mit und ohne Fremdgen mit Bakterienzelle, die kein Plasmid enthalten 5. Behandlung der Plasmide mit Substanz, die ihre Wand für Plasmide leicht passierbar machen → Einige wenige Bakterienzellen nehmen Plasmide in Zytoplasma auf 1.3 Suche nach Bakterienzellen mit Hybridplasmiden Anschließend an die Genübertragung werden in einem nächsten Suchschritt alle Zellen aussortiert, die ein Hybridplasmid und damit fremde DNA-Stücke aufgenommen haben Voraussetzung für die Selektion: Verwendung von Plasmiden mit zwei Resistenzgenen gegen Antibiotika, z.B. Ampicillin und Tetracyclin - Erkennungsregion des verwendeten Restriktionsenzyms muss innerhalb des Tetracyclin-Resistenz-Gens liegen - Wenn Plasmid fremde DNA aufnimmt, bleiben Bereiche des Tetracyclin-Resistenz-Gens getrennt und dadurch unwirksam (Zelle verliert Resistenz gegen Tetracyclin) Gen, das übertragen werden soll Schneiden der isolierten Fremd-DNA (z. B. des Menschen) mit dem gleichen Restriktionsenzym, wie es beim Öffnen der Plasmide verwendet wird Schnittstellen für Restriktionsenzym unterschiedliche DNA-Stücke (Fremd-DNA) Übertragen der Plas- mide in plasmidfreie Bakterienzellen Bakterienzellen ohne Plasmid (Übertragung eines Plasmids nicht gelungen) Ampicillin- Resistenz-Gen Schneiden der isolierten Plasmide. mit dem gleichen Restriktionsenzym, wie es beim Schneiden der Fremd-DNA verwendet wird Mischen der fremden DNA-Stücke mit den geöffneten Plasmiden; Aufnahme fremder DNA-Stücke oder Schließen der Plasmide ohne Einbau von Fremd-DNA Bakterienzellen Bakterienzellen mit Plasmiden mit Hybrid- aus reiner plasmid Bakterien-DNA (kein Hybrid- plasmid) geöffnete Plasmide Tetracyclin- Resistenz-Gen B Bakterienzellen mit Hybrid- plasmid (einge- baute fremde DNA besteht aus gewünsch- tem Gen) Bakterienzellen mit Hybrid- plasmid 3/11 Biologie Abitur Selektion von Zellen mit Hybridplasmid: (Stempeltechnik) 1. Bakterienzellen vermehren sich in einer Nährlösung mit Ampicillin und werden auf Nährboden gebracht, der Ampicillin enthält → Nur Bakterien mit einem aufgenommenen Plasmid vermehren sich 2. Übrig gebliebene Bakterien werden mit sterilem Samtstempel auf eine Kulturschale mit Tetracyclin übertragen → Kolonien können im gleichen Muster wie in der Ampicillin Schale wachsen 3. In Tetracyclin-Schale vermehren sich nur solche Bakterien, welche das Tetracyclin-Resistenzgen immer noch besitzen (also kein Plasmid mit fremder DNA aufgenommen haben) → Lücken im Kolonie Muster der Tetracyclin Schale geben Kolonien an, die aus Bakterien mit der fremden DNA bestehen → Bakterien aus diesen Kolonien werden in einem frischem Nährmedium vermehrt und für die weitere Arbeit verwendet Bakterienzellen ohne Plasmid (Übertragung eines Plasmids nicht gelungen) 189 nur Vermehrung plasmidhaltiger Bakterien möglich Bakterienzellen mit Plasmiden aus reiner Bakterien- DNA (kein Hybridplasmid) plasmidhaltige Bakterien Nährlösung mit Ampicillin Nährboden- mit Ampicillin € Angewandte Genetik und Reproduktionsbiologie Bakterienzellen mit Hybrid- plasmid Bakterienzellen mit Hybridplasmid (eingebaute fremde DNA besteht aus gewünschtem Gen) Nährboden- mit Tetracyclin Übertragen der Bakterien mit einem Samtstempel P Bakterien- zellen mit Hybrid- plasmid Identifizierung der Bakterien in den Kolonien 4 und 8 als diejenigen, die ein Hybridplasmid enthalten Vermehrung der Bakterien aus den Kolonien 4 und 8 (Genbank, enthält Bakterien mit Hybridplasmiden des Typs A, B und C) Genbanken: Nach vielfacher identischer Vermehrung (Klonierung) liegen in den Bakterienkulturen zahlreiche Kopien der mit den Plasmiden in die Bakterienzelle eingeschleusten fremden DNA-Stücke vor → Solche Bakterienkulturen bezeichnet man als Genbanken 4/11 - Jeden Genbank besteht aus mehreren verschiedenen Klonen von Bakterienzellen, die Plasmide mit jeweils einer anderen Fremd-DNA enthalten - Um herauszufinden, welche Bakterien einer Genbank das erwünschte fremde Gen tragen, ist ein weiterer Suchvorgang erforderlich Screening: Gensonden Radioaktiv markierte einsträngige DNA-Stücke, deren Basensequenz komplementär zu der des gesuchten Gens oder eines Teils davon ist - Suche nach Bakterienzellen mit Hybridplasmiden, die das gewünschte Fremdgen enthalten, mit Hilfe von Gensonden - Zuweilen auch Einsatz von fluoreszierende Gensonden 1. Übertragung des Kolonie Musters einer Kulturschale auf spezielle Folie 2. Behandlung der Folie, um Bakterienzellen aufzubrechen, die DNA zu isolieren und durch Erhitzen einsträngig zu machen 3. Zugabe der Gensonde zur vorbehandelten Folie 4. Auswaschen der Gensonde (Gensonden, die sich durch H-Brücken an Fremdgen gebunden haben, lassen sich nicht mehr auswaschen) 5. Auflegen der Folie auf einen Röntgenfilm. An den Stellen, an denen sich die Gensonde angelagert hat, schwärzt sich der Film durch die radioaktive Strahlung (Autoradiographie) 6. Vergleich mit Kolonien Muster der Kulturschale Biologie Abitur → Die Kolonien, die aus den Bakterien mit dem Plasmid mit dem gewünschten Gen entstehen werden ausgesucht und in einem frischem Nährmedium weiter vermehrt Bakterienzellen mit Hybridplasmid Bakterienzellen mit Hybridplasmid (eingebaute fremde DNA besteht aus gewünschtem Gen) Bakterienzellen mit Hybridplasmid RENPARK Zugabe der passenden Gensonde Kulturschale mit Bakterien der Genbank Bindung der DNA-Sonde im Bereich des gesuchten Gens Auflegen einer Folie Angewandte Genetik und Reproduktionsbiologie Auflegen eines Röntgenfilms auf die Folie (Autoradiografie) € Folie mit anhaftenden Bakterien 34 67 5 Röntgenfilm nach der Entwicklung 34 ille Identifizierung der Kolonien der Kulturschale, deren Bakterien das gesuchte Gen enthalten - Nach einem gelungenem Gentransfer sind transgene Zellen hergestellt - Meist liest jedoch Proteinsyntheseapparat der transgenen Zellen das Fremdgen nicht ab, das Gen wird nicht exprimiert Durch den genetischen Code zwar theoretisch möglich, jedoch mehrere Arbeitsschritte nötig um Faktoren zu aktivieren, die die Transkription steuern Beispiel: Herstellung von Insulin → Hormon welches in der Bauchspeicheldrüse produziert wird und dafür sorgt, dass die Zellen Glucose aufnehmen (bei Diabetes wird kein/zu wenig Insulin produziert) → Das früher verwendete Tier-Insulin auf Dauer nicht verträglich genug 1. Gewinnung des menschlichen Insulingens 5/11 Herstellung von cDNA aus mRNA der Insulin bildenden Zellen Anheften von sticky-ends an die cDNA → Bakterien können nicht spleißen: Gen kann nicht durch Verwendung von Restriktionsenzymen gewonnen werden 2. Übertragen des Insulingens des Menschen auf Bakterienzelle Verwendung von Plasmiden mit zwei Resistenzgenen gegen Antibiotika (z.B. Ampicillin und Tetracyclin) Öffnung der Plasmide durch Restriktionsenzyme (sodass gleiche sticky-ends wie beim Anheften an die cDNA entstehen) Mischen der geöffneten Plasmidringe mit cDNA (Insulingen) → Es entstehen einige Hybridplasmide (mit unwirksamen Resistenzgen gegen Tetracyclin) 3. Einschleusen der Plasmide in E. coli Bakterien 4. Isolierung von E. coli Bakterien, die ein Plasmid aufgenommen haben s. Stempeltechnik (S. 4) 5. Verfahren, bei denen die E-coli Zellen solche DNA-Stücke enthalten, die erforderlich sind, um die Transkription und Translation des Insulingens ablaufen zu lassen 6. Vermehrung der Bakterien, isolieren und reinigen von Insulin aus Bakterien → Es ist reines Humaninsulin für die Behandlung von Diabetikern entstanden Biologie Abitur Angewandte Genetik und Reproduktionsbiologie 1.4 Weitere Methoden des Gentransfers Bakteriophagen Viren, die Bakterienzellen befallen und ihre DNA in die Bakterienzelle injizieren Einsatz von Bakteriophagen: - Einfügen der Fremd-DNA in die Phagen-DNA, sodass rekombinierte Phagen-DNA vorliegt - Bei Befall von Bakterien Zelle gelangt Fremd-DNA in Bakterien - Danach gleiche Arbeitsschritte wie bei Gentransfer mit Hilfe Plasmiden Methoden des Gentransfers auf Eukaryoten: Viren als Vektoren: DNA oder RNA des Fremdgens in Viren dienen als Vektoren. Nach Infektion sorgt reverse Transkriptase dafür, dass das Fremdgen in die DNA (Chromosomen) der eukaryotischen Zelle eingebaut wird - Durchlöchern der Zellhülle: Mit elektrischen Entladungen entstehen Löcher in der Zellmembran, die für kurze Zeit bestehen bleiben. Fremd-DNA dringt durch diese Löcher ins Zytoplasma ein - Partikel Pistolen: Winzige Goldpartikel werden mit Fremd-DNA beschichtet und durch die Zellhülle ins Zytoplasma geschossen - Liposomen: Fremd-DNA wird von einer Lipid-Doppelschicht umgeben. Diese Vesikel (Liposome) können mit der Zellgrenzmembran verschmelzen und durch Phagozytose ins Zytoplasma gelangen - Mikroinjektion: Fremd-DNA wird direkt mit feinen Glaskanülen in den Zellkern injiziert 6/11 1.5 Polymerase-Kettenreaktion → Verfahren zur Vervielfältigung von DNA in-vitro Ablauf der PCR: Es werden das vermehrende DNA-Stück, die DNA-Polymerase, Primer und einzelne Nukleotide benötigt 1. Kurzzeitiges Erhitzen der DNA aus 90°C: DNA wird in zwei Einzelstränge aufgetrennt 2. Bei Abkühlung auf 50°C beginnt die Replikation; Primer lagern sich an die Enden des zu vervielfältigen den DNA Stücks an 3. Erwärmung auf ca. 70°C: DNA-Polymerase kann bei diesen Temperaturen nun arbeiten, Synthese der komplementären Stränge - Durch ein erneutes Erhitzen der DNA auf 90°C beginnt ein neuer PCR-Zyklus - Wiederholen der Arbeitsschritte, bis die gewünschte Zahl identischer Kopien des DNA-Stücks erreicht ist - Nach 30 Durchläufen sind 230 Kopien des DNA-Stückes entstanden Erläuterungen zur PCR: - Passende Nukleotide und Primer müssen gegeben sein: Basensequenz am Beginn und Ende des zu vermehrenden DNA-Stücks muss bekannt sein - Primer legen Richtung der Synthese der Einzelstränge fest, sie bestimmen wo die Replikation während der PCR beginnen soll → Dadurch kann man ein bestimmtes DNA-Stück gezielt vermehren Biologie Abitur 1.6 Elektrophorese → Verfahren, um die unterschiedlichen Moleküle einer Lösung zu trennen 1. DNA wird mit fluoreszierendem Farbstoff markiert und in in Vertiefungen einer dünnen Gelplatte eingebracht Angewandte Genetik und Reproduktionsbiologie 2. An den Enden der Gelplatte bauen Elektroden ein Gleichspannungsfeld auf 3. Je nach Gesamtladung, Größe und Gestalt wandern die Moleküle verschieden schnell und weit von Kathode (-) zur Anode (+) → Gel behindert kurze DNA-Stücke weniger als lange, gleich lange Ketten bilden sichtbare Banden 88 I 2. Chancen und Risiken der Gentechnik- und diagnostik 2.1 Pflanzenzüchtung Chancen der Pflanzenzüchtung mit genetischen Methoden: - Resistenz gegen Schädlinge und Krankheitserreger: Verzicht auf Schutzmittel beim Anbau → z.B. Bt-Mais: Übertragen des Gens eines Bakteriums, dessen Genprodukt Insekten tötet (v.a. Maiszünsler, welche sich im Mais vom Gewebe ernähren und so vor Pestiziden geschützt sind) - Toleranz gegen Herbizide: Gene werden in Nutzpflanzen eingeschleust, um sie unempfindlich gegen Herbizide zu machen, sodass nur Unkräuter sterben - Veränderung der Inhaltsstoffe, z.B. Anti-Matsch Tomate: 7/11 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 Risiken der Pflanzenzüchtung mit genetischen Methoden: - Horizontaler Gentransfer - Gentechnisch veränderte Pflanzen verdrängen heimische Pflanzen durch ihre höhere Vitalität: Verringerung der Artenvielfalt, ökologische Störungen - Fremdgene können durch Pollenübertragung in die genetisch unveränderte Nutzpflanzen gelangen - Transgene Pflanzen bilden neue Proteine, die Allergien auslösen - Übertragene Gene könnten andere Tiere töten, v.a. Bienen Biologie Abitur 2.2 Gentherapie beim Menschen Erbkrankheiten lassen sich theoretisch genetisch "behandeln". Bisher ist das allerdings nur in sehr wenigen Fällen gelungen Somatische Gentherapie: - Veränderte Gen des Menschen wird in den Körperbereichen korrigiert in denen es aktiv ist, in denen es also zu Schädigungen führt - Einschleusen von intakten Genen Entnahme mutierter Zellen Zellkulturen aus mutierten Zellen Keimbahn Angewandte Genetik und Reproduktionsbiologie Klonierung der transgenen Zellen Übertragung (Reimplanta- tion) der trans- genen Zellen Gentherapie an Keimzellen: FILT gesundes Gen Virus oder Retrovirus Einbau der Virus- DNA/RNA mit dem gesunden Allel in die DNA der defekten Zellen Einbau eines ge- sunden Allels in die DNA/RNA eines Virus (Retrovirus) Keimzellen haploide Zellen, die in den Geschlechtsorganen erzeugt werden und der Fortpflanzung dienen (Spermien, Eizelle) Direkte Entwicklung von der befruchteten Eizelle bis zur Keimzelle des neuen, geschlechtsreifen Organismus - Durch Gentherapie an Keimzellen könnten theoretisch Menschen mit geplanten Eigenschaften entstehen, da alle Zellen des Menschen. betroffen sind - Genetische Eingriffe in die Keimbahn sind in Deutschland nicht erlaubt 2.3 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 8/11 1. Isolierung der DNA, z.B. aus zellen der Mundschleimhaut 2. Vervielfältigung bestimmter polymorpher Bereiche der DNA mit Hilfe der PCR 3. Behandlung polymorpher bereiche mit bestimmten Restriktionsenzymen, Zerlegung der DNA in unterschiedlich lange Stücke →→ Restriktionsfragmente der DNA 4. 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 Risiken der Gendiagnostik: - Vor Allem ethische und soziale infrageStellungen - z.B. Belastung der Eltern mit Kenntnis darüber, dass ihr Kind an einer bestimmten Krankheit leiden wird Biologie Abitur 3. Neue Methoden der Reproduktionsbiologie 3.1 Bildung und frühe Entwicklung von Embryonen Sexuelle Fortpflanzung: Angewandte Genetik und Reproduktionsbiologie Individuen bilden Keimzellen (Eizelle/Spermien, Pollenzellen) → Entstehen durch Meiose, haben unterschiedliche genetische Informationen Aus befruchteter Eizelle entsteht durch Mitosen ein Embryo, der zu einem Organismus heranwächst → Die genetische Information unterscheidet sich von seinen Eltern, enthält nur eine Auswahl an Allele der Mutter/des Vaters Vegetative Fortpflanzung: Nachkommen entstehen aus Körperzellen des Individuums → Fortpflanzung allein durch Mitosen, Nachkommen untereinander und mit elterlichen Organismus genetisch identisch (Klone) Zelldifferenzierung Differentielle Genaktivierung Totipotente Zellen Beim Heranwachsen eines fertigen Organismus entstehen Zellen, die verschieden gebaut und auf unterschiedliche Aufgaben spezialisiert sind durch differentielle Genaktivierung Im Zellkern sind nur jeweils bestimmte Gene aktiv und andere dauerhaft blockiert Erste Zellen die aus der Eizelle durch Mitose hervorgehen, haben Fähigkeit einen komplett neuen Organismus zu bilden - Aus differenzierten Zellen können nur genetisch identische Zellen hervorgehen - In Totipotenten Zellen sind alle erforderlichen Gene noch aktiv - Mit fortschreitender Differenzierung geht die Totipotenz verloren 3.2 Klonierung Erzeugung geklonter Individuen: - Durch Klonierung entstehen genetisch identische Individuen - Entstehung von Klonen auf ungeschlechtlichem Weg - 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 Körperzelle Übertragen des Zellkerns Embryo- transfer 9/11 Entwicklung des Embryos (in vitro) Schaf C: Ammenschaf Entwicklung des Embryos im Ammenschaf Lamm (Dolly) vom Ammen- schaf geboren Biologie Abitur - Klonen in der Tierzucht besonders interessant - Klonieren von Menschen theoretisch auch möglich, jedoch würde Kind nur von einem Elternteil abstammen und wäre Kind und eineiiger Zwilling zugleich Klonierung von Menschen und Zerlegen menschlicher Embryonen ist weltweit verboten 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 Angewandte Genetik und Reproduktionsbiologie Embryonale Stammzellen Adulte Stammzellen Vorkommen Nach Befruchtung im Eileiter Sehr junge Embryonen (vor der Einnistung des Embryos in die Gebärmutterschleimhaut) In den meisten Geweben und Organen. Für Verfahren der Reproduktionsbiologie und der therapeutischen Gentechnik besonders geeignet sind Stammzellen - Nabelschnurblut, Plazenta - Knochenmark Eigenschaft Totipotent; Bildung aller Organe möglich Je nach Alter des Embryos: - Totipotent Pluripotent (Bildung mehrerer verschiedener Zell-, Gewebe-, und Organ Arten möglich Möglichkeit, differenzierte Zellen zu bilden, eingeschränkt; - Meistens nur die Bildung eines bestimmten Zell- oder gewebetyps möglich Experimentell in einigen Fällen Erweiterung der Fähigkeit zur Differenzierung gelungen Verfahren des therapeutischen Klonens mit embryonalen Stammzellen: 1 Entnahme einer reifen Eizelle aus dem Eierstock einer Frau ✓ 2 Entfernen des Zellkerns der Eizelle 1 Isolierung von Körperzellen des späteren Empfängers des Transplantats 10/11 V 2 Entnahme des Zellkerns aus der Körperzelle 3 Übertragung des Zellkerns der Körperzelle auf die entkernte Eizelle 4 Entwicklung eines Embryos; die genetische Information der embryonalen Zellen ist identisch mit der des Spenders des Zellkerns, in diesem Fall ist das der spätere Empfänger des Transplantats ↓ 5 Entnahme von Stammzellen aus dem Embryo ↓ 6 Wachstum und Differenzierung der embryonalen Stammzellen zu den gewünschten Zell-, Gewebe- oder Organtypen. Erforderlich dazu sind geeignete, für den jeweiligen Zell-, Gewebe- oder Organtyp spezifische Kulturmedien. Transplantation der Zellen (Gewebe oder Organ) auf den Menschen, von dem der Zellkern stammte. - Methoden 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 Biologie Abitur Angewandte Genetik und Reproduktionsbiologie 4. Biotechnische Methoden der Pflanzenzüchtung 4.1 Polyploidisierung - Colchizin ist das Gift in Herbstzeitlose, das die Spindelbildung in der Mitose verhindert → Die durch die Replikation verdoppelten Chromosome können sich nicht trennen: Es entstehen Zellen mit doppeltem (oder vervielfachtem) Chromosomensatz - Bei Behandlung von embryonalen Pflanzenzellen mit Colchizin wachsen polyploide Pflanzen heran → Größere Zellen, üppiger Wachstum, mehr/größere Früchte 4.2 Pflanzenzucht mithilfe von Zellkulturen 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 → Aus ihnen können vollständige Pflanzen entstehen Antheren-Kulturen: Anthere Staubbeutel einer Blütenpflanze - Antheren mit unreifen pollen werden auf einen geeigneten Nährboden gebracht - Pollen teilen sich und wachsen zu Kallis heran; Haploid - Verdoppelung des Chromosomensatzes durch Zugabe von Colchizin Stempel Antheren mit Pollenzellen (haploid) Gewebe der Pflanzen (diploid Aa) Heranziehen von Pflanzen aus Zellkultur Mitosen Anthere in Kulturmedium Pollenzellen haploid (A oder a) S Zugabe von Colchizin haploide Pflanze (A oder a) 11/11 Zellkultur aus haploiden Zellen (A oder a) aa diploide Pflanze diploide Pflanze AA Auswahl der gewünschten Genotypen (AA oder aa)