Hello,
Ich möchte dir nun eine weit verbreitete Strategie in der Gentechnologie zur Manipulation von DNA erklären, die Genklonierung. Davor werde ich aber noch ein paar wichtige Begriffe erklären, da ich nicht weiß, wie viel Vorwissen du schon besitzt. Ich werde versuchen, Umgangssprache zu benutzen, und unnötige Fachbegriffe zu vermeiden, um den Vorgang möglichst verständlich erklären zu können
Plasmide
Plasmide sind quasi kleine "DNA-Ringe", die zusätzlich zum eigentlichen Erbgut (dem Bakterienchromosom) in Bakterien vorkommen können. Sie unterscheiden sich vom Chromosom dahingehend, dass sie keine lebenswichtigen Gene tragen. Trotzdem sind die Gene, die auf Plasmiden liegen oft sehr hilfreich, wie z.B.: Gene für Antibiotikaresistenzen, Gene, die Virulenzeigenschaften kodieren, usw... Ein Bakterium hat übrigens im Normalfall mehrere Plasmide, auch mehrere vom gleichen Typ (=Kopien). Plasmide können auch von einer Bakterienzelle zu einer anderen transferiert werden, in einem Vorgang, den man Konjugation nennt (nur als Nebenbemerkung). So können z.B.: Antibiotikaresistenzen zwischen verschiedenen Bakterien weitergegeben werden. All diese Eigenschaften machen Plasmide zu einem wichtigen Werkzeug in der Gentechnologie, dazu später mehr.
Restriktionsenzyme
Dabei handelt es sich um Enzyme, die die DNA an ganz bestimmten Sequenzen (= "Erkennungssequenzen") zerschneiden. Verschiedene Restriktionsnezyme haben unterschiedliche Erkennungssequenzen. Restriktionsenzyme sind eines der wichtigsten Werkzeuge in der Gentechnologie, da man mit ihnen ganz bestimmte DNA Stücke aus einer Probe herausschneiden kann. (und stattdessen andere einsetzen kann)
DNA - Ligasen
Eine DNA - Ligase ist ein Enzym, welches zwei verschiedene DNA Fragmente zusammensetzen kann. Du kannst dir die Ligasen sozusagen als "DNA - Klebstoff" vorstellen.
Lass uns loslegen!
Nun haben wir die wichtigsten Begriffe geklärt, wir können also endlich mit unserem Experiment beginnen!
Angenommen, wir möchten ein Gen aus einer Qualle in ein Bakterium bringen. Der Mechanismus, den wir dazu verwenden werden, ist die sogenannte Genklonierung.
Als erstes müssen wir die DNA, die wir ins Bakterium bringen möchten, aus der DNA der Qualle isolieren. Dazu schneiden wir das Gen mithilfe geeigneter Restriktionsenzyme aus der Quallen - DNA heraus. Jetzt können wir das Gen in das Bakterium bringen. (in Wirklichkeit ist der Vorgang komplizierter, aber wir müssen jetzt nicht alles unnötig kompliziert machen)
Jetzt kommen die Plasmide ins Spiel. Wir verwenden nun ein Plasmid, das eigentlich auch Gene für Antibiotikaresistenz (z.B.: Ampicillinresistenz) trägt. Warum? Das wirst du später verstehen. Nun aber müssen wir erstmal das Quallen - Gen in das Plasmid bringen. Dazu scheiden wir das Plasmid mit dem gleichen Restriktionsenzym, das wir vorhin verwendet haben. Jetzt ist im Plasmid ein Spalt, in den wir das Quallen - Gen einfügen können. Wir verwenden dazu das Enzym DNA - Ligase. Es klebt für uns das DNA Fragment mit der Plasmid DNA zusammen, es fügt also die Quallen - DNA in das Plasmid ein. Nun haben wir ein fertiges Plasmid mit unserem Quallen - Gen, das wir nur noch in unser Bakterium bringen müssen. (Meistens wird das Plasmid dann noch mithilfe der Polymerasenkettenreaktion vervielfältigt, damit wir genug davon haben. Nicht schlimm, falls du diesen Vorgang nicht kennst)
Nun geben wir unsere modifizierten Plasmide in eine Bakterienkultur (Reinkultur), in der das Bakterium wächst, das wir modifizieren möchten. Die Bakterien nehmen anschließend die Plasmide auf (dieser Vorgang heißt Transformation). Das funktioniert allerdings nicht bei jedem Bakterium gleich gut.
Woher wissen wir also, welche Bakterien unser Qualle - Gen aufgenommen haben? Jetzt kommt der Clue. Wir haben mit Absicht ein Plasmid gewählt, welches dem Bakterium, das es besitzt, eine Resistenz gegen das Antibiotikum Ampicillin verleiht. Das bedeutet, jedes Bakterium, das unser Plasmid erhalten hat, ist automatisch auch gegen Ampicillin resistent. Wenn wir jetzt unsere Bakterien in einer Kultur wachsen lassen, die Ampicillin enthält, dann überleben nur diejenigen Bakterien, die unser Plasmid erhalten haben.
Damit haben wir eine Kultur mit unseren modifizierten Bakterien, das Experiment ist geglückt, Juhu!
Natürlich kann dieser Vorgang auch mit ganz anderen Genen vollführt werden. Ich habe beispielsweise im Labor Bakterien so modifiziert, dass sie anfangen, zu leuchten.
Falls du mehr Informationen benötigst, oder Fragen zur Genklonierung hast, kannst du mich gerne Fragen.
Lg, Eric
Super erklärt! Vielen Dank :D
─ anonym 18.03.2020 um 15:30