Grundlagen der Gentechnologie: PCR, Genetischer Fingerabdruck und Gentransfer

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363

Moni

27.3.2021

Biologie

Gentechnologie: PCR, Genetischer Fingerabdruck, Gentransfer/ Genübertragung mittels Vektor

Fächer

Biologie

Genetik

Methoden alltag

Grundlagen der Gentechnologie: PCR, Genetischer Fingerabdruck und Gentransfer

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

Die Gentechnologie bietet faszinierende Möglichkeiten, DNA zu manipulieren und zu analysieren. In diesem Überblick tauchen wir in zwei zentrale Werkzeuge ein: die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und die Genübertragung mittels Vektoren. Die PCR-Methode ermöglicht es, spezifische DNA-Abschnitte millionenfach zu vervielfältigen, was grundlegend für viele moderne Anwendungen wie genetische Fingerabdrücke ist. Die Verwendung von Plasmiden als Vektoren erlaubt hingegen den gezielten Transfer von Genen in Empfängerzellen. Diese Verfahren revolutionieren die Medizin, Kriminalistik und Biotechnologie und bilden das Fundament unseres Verständnisses vom Erbgut.

...

27.3.2021

6186

Werkzeuge und Verfahrensschritte der Gentechnologie
Polymerase-Ketten-Reaktion
(PCR)
Verfahren zur Vervielfältigung kurzer (genauer definier

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Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und Genetischer Fingerabdruck

Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Die PCR-Methode einfach erklärt ist ein Verfahren zur Vervielfältigung bestimmter DNA-Abschnitte im Reagenzglas $in vitro$ .

Anwendungen der PCR:

Erkennung von Erbkrankheiten und Virusinfektionen
Erstellung und Überprüfung genetischer Fingerabdrücke
Klonieren von Genen
Durchführung von Vaterschaftstests

Wichtige Komponenten:

Original-DNA als Vorlage
Zwei Primer $Startmoleküle$
DNA-Polymerase $häufig Taq-Polymerase$
Desoxynukleosidtriphosphate $Bausteine$
Mg²⁺-Ionen und Pufferlösung
Thermocycler $spezielles Gerät$

Ablauf der Polymerase-Kettenreaktion $25-50 Zyklen$ :

Denaturierung $95°C$ : Aufbrechen der DNA-Doppelstränge
Primer-Hybridisierung $50-65°C$ : Anlagerung der Primer an einzelne DNA-Stränge
Elongation $68-72°C$ : Auffüllen der fehlenden Stränge durch die DNA-Polymerase, wobei der Tochterstrang von 5' zu 3' aufgebaut wird

Wichtiger Prozess: Bei der Elongation PCR baut die Polymerase immer vom 3'-Ende des Primers beginnend den komplementären Strang auf. Dabei bleibt der Primer dauerhaft an der DNA gebunden und wird mit jedem Zyklus vervielfältigt.

Genetischer Fingerabdruck

Der genetische Fingerabdruck nutzt den Vergleich von individuellen DNA-Bereichen zur eindeutigen Identifikation einer Person.

Grundprinzip:

Analyse kurzer, wiederholter DNA-Sequenzen $Short Tandem Repeats, STRs$
STRs bestehen aus 2-5 Nukleotiden, die sich unterschiedlich oft wiederholen
Die Länge und Anzahl der Wiederholungen ist individuell charakteristisch
Nach PCR-Vervielfältigung erfolgt die Auftrennung mittels Gelelektrophorese

Ablauf zur Erstellung eines genetischen Fingerabdrucks:

DNA-Extraktion aus biologischem Material $Speichel, Blut, Hautschuppen$
Vorbereitung des PCR-Ansatzes $DNA, Primer, Polymerase, Nukleotide$
Durchführung der PCR
Anfärbung des PCR-Ansatzes und Auftragen auf Agarosegel
Auftragen eines Marker-Cocktails mit DNA-Fragmenten bekannter Länge
Durchführung der Gelelektrophorese
Ablesen und Vergleichen des individuellen Bandenmusters

Anwendungsbeispiel: In der Kriminalistik wird der genetische Fingerabdruck genutzt, um Tatverdächtige mit am Tatort gefundenen DNA-Spuren zu vergleichen. Die Methode ist so präzise, dass die Wahrscheinlichkeit für identische Muster bei nicht verwandten Personen extrem gering ist.

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Ich liebe diese App so sehr, ich benutze sie auch täglich. Ich empfehle Knowunity jedem!! Ich bin damit von einer 4 auf eine 1 gekommen :D

Philipp, iOS User

Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

Lena, iOS Userin

Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

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27. März 2021

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Grundlagen der Gentechnologie: PCR, Genetischer Fingerabdruck und Gentransfer

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@monika_grbk

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Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und Genetischer Fingerabdruck

Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

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Elongation $68-72°C$ : Auffüllen der fehlenden Stränge durch die DNA-Polymerase, wobei der Tochterstrang von 5' zu 3' aufgebaut wird

Wichtiger Prozess: Bei der Elongation PCR baut die Polymerase immer vom 3'-Ende des Primers beginnend den komplementären Strang auf. Dabei bleibt der Primer dauerhaft an der DNA gebunden und wird mit jedem Zyklus vervielfältigt.

Genetischer Fingerabdruck

Der genetische Fingerabdruck nutzt den Vergleich von individuellen DNA-Bereichen zur eindeutigen Identifikation einer Person.

Grundprinzip:

Analyse kurzer, wiederholter DNA-Sequenzen $Short Tandem Repeats, STRs$
STRs bestehen aus 2-5 Nukleotiden, die sich unterschiedlich oft wiederholen
Die Länge und Anzahl der Wiederholungen ist individuell charakteristisch
Nach PCR-Vervielfältigung erfolgt die Auftrennung mittels Gelelektrophorese

Ablauf zur Erstellung eines genetischen Fingerabdrucks:

DNA-Extraktion aus biologischem Material $Speichel, Blut, Hautschuppen$
Vorbereitung des PCR-Ansatzes $DNA, Primer, Polymerase, Nukleotide$
Durchführung der PCR
Anfärbung des PCR-Ansatzes und Auftragen auf Agarosegel
Auftragen eines Marker-Cocktails mit DNA-Fragmenten bekannter Länge
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Anwendungsbeispiel: In der Kriminalistik wird der genetische Fingerabdruck genutzt, um Tatverdächtige mit am Tatort gefundenen DNA-Spuren zu vergleichen. Die Methode ist so präzise, dass die Wahrscheinlichkeit für identische Muster bei nicht verwandten Personen extrem gering ist.

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Genübertragung mittels Vektoren

Gentransfer einfach erklärt bezeichnet die Übertragung eines oder mehrerer Gene in eine Empfängerzelle. In der Molekularbiologie dient ein Vektor als Transportvehikel, um DNA-Sequenzen in Zielzellen einzuschleusen.

Plasmide als Vektoren:

Kleine, meist ringförmige DNA-Moleküle
Kommen natürlicherweise in Bakterien vor
Dienen Bakterien zum natürlichen DNA-Austausch
Können in der Gentechnik für den Transfer in pflanzliche, tierische und menschliche Zellen genutzt werden

Anwendungsziele:

Herstellung von Medikamenten
Gentherapie bei Erbkrankheiten
Genetische Veränderung von Kulturpflanzen

Wichtiges Konzept: Der Vektor-Plasmid Unterschied liegt in der Funktion: Ein Plasmid ist ein DNA-Molekül, während ein Vektor ein Werkzeug $oft ein modifiziertes Plasmid$ zum gezielten Gentransfer darstellt. Jeder Plasmid-Vektor ist ein Plasmid, aber nicht jedes Plasmid ist ein Vektor.

Ablauf der Genübertragung mittels Vektoren

1. Isolation:

Restriktionsenzyme schneiden das Zielgen aus menschlicher DNA heraus
Jedes Enzym erkennt spezifische Palindrom-Sequenzen
Nach dem Schneiden entstehen "sticky ends" $überhängende Einzelstränge$
Plasmide werden mit dem gleichen Enzym geschnitten

2. Rekombination:

Die "sticky ends" der Fremd-DNA verbinden sich mit denen des Plasmids
Das Enzym Ligase verknüpft die Lücken in den Zucker-Phosphat-Ketten
Es entsteht ein Gemisch aus rekombinierten und nicht-rekombinierten Plasmiden

3. Gentransfer:

Plasmide werden als Vektoren in Bakterien eingebracht
Die Zellmembran der Bakterien wird durchlässig gemacht
Es entstehen drei Bakterientypen: mit Plasmid und Fremdgen, mit Plasmid ohne Fremdgen, ohne Plasmid

4. Selektion:

Vektoren tragen zwei Antibiotikaresistenzgene als Marker
Einbau der Fremd-DNA unterbricht eines der Markergene
Selektion erfolgt auf Agarböden mit verschiedenen Antibiotika: Erster Agarboden: Antibiotikum gegen das beide rekombinierte Bakterienarten resistent sind Zweiter Agarboden: beide Antibiotika $nur Bakterien ohne Fremdgen überleben$
Vergleich der Muster identifiziert Bakterien mit Fremdgen

5. Zellvermehrung:

Bakterienkulturen mit Fremdgen werden vermehrt
Die Bakterien produzieren dann das gewünschte Protein $z.B. Insulin$

Praktisches Beispiel: Bei der Insulin-Produktion wird das menschliche Insulin-Gen in Bakterien eingeschleust. Die Bakterien vermehren sich schnell und produzieren große Mengen des Hormons, das für Diabetiker lebenswichtig ist. Diese Methode hat die Insulingewinnung aus Tieren weitgehend ersetzt und stellt sicher, dass das Hormon exakt der menschlichen Version entspricht.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

iOS user

Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

iOS user

Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

Android user

Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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Stefan S

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Samantha Klich

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Anna

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Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

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Sudenaz Ocak

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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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Ich liebe diese App so sehr, ich benutze sie auch täglich. Ich empfehle Knowunity jedem!! Ich bin damit von einer 4 auf eine 1 gekommen :D

Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

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Genübertragung mittels Vektoren

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