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Gentransfer durch Vektoren

Beim Gentransfer durch Vektoren werden Plasmidringe verwendet, um ein bestimmtes Gen in ein Bakterium einzubringen. Ein bekanntes Beispiel ist das Einbringen des Insulin-Gens. Hiermit wird angestrebt, dass das Bakterium Insulin produziert, um es anschließend Personen verabreichen zu können, die kein oder zu wenig Insulin produzieren.

Der Vorgang wird der Übersichtlichkeit halber in fünf Schritte unterteilt:
  1. Zuerst muss die Ziel-DNA erstellt werden. Diese enthält in diesem Fall das Gen zur Synthese von Insulin. Das Plasmid mit dem Insulin-Gen hat außerhalb des Gens zusätzlich noch eine Schnittstelle für ein Restriktionsenzym. Durch das Schneiden des Plasmids entstehen "sticky ends".
  2. Im zweiten Schritt wird ein Plasmidring, der Resistenzgene für zwei Antibiotika (z.B. Tetracyklin und Ampicillin) besitzt, erstellt. In dem Gen für Ampicillin ist eine Schnittstelle eingebaut, die komplementär zu den "sticky ends" des Plamidrings mit der Ziel-DNA ist.
  3. Nach dem Erstellen der beiden Plasmidringe wird das Restriktionsenzym eingesetzt. Dieses kann sowohl das Plasmid mit dem Insulin-Gen als auch das Plasmid mit den Antibiotikaresistenzen aufschneiden. Bei Letzterem wird das Resistenzgen gegen Ampicillin durchschnitten und verliert damit seine Funktion. Die freiliegenden "sticky ends" können sich nun miteinander verbinden. Dabei besteht die Möglichkeit, dass sich die Plasmidringe einfach wieder schließen oder das sich die beiden unterschiedlichen Plasmide miteinander verbinden. Letzteres gelingt nur bei einem Bruchteil der Plasmidringe.
  4. Im nächsten Schritt werden die Plasmidringe zu den Bakterien gegeben. Diese können freie Plasmidringe mittels Transformation aufnehmen. Es gibt hierbei Bakterien, die keine Ringe aufnehmen, Bakterien, die Plasmide ohne Ziel-DNA aufnehmen, und Bakterien, die Plasmide mit der Ziel-DNA aufnehmen. Nun gilt es diese voneinander zu trennen, damit es gelingt, eine Bakterienkultur mit entsprechender Ziel-DNA zu züchten.
  5. Um aus so vielen Bakterien diejenigen zu finden, die Insulin produzieren können, wurden am Anfang zwei Resistenzgene eingesetzt. Jedes Bakterium, das ein Plasmid aufgenommen hat, hat in jedem Fall das Resistenzgen für Tetracyclin und überlebt dementsprechend dessen Zugabe. Somit sterben durch die Gabe von Tetracyclin alle Bakterien, die kein Plasmid aufgenommen haben ab. Anschließend muss noch herausgefunden werden, welche Bakterien ein Plasmid mit dem Insulin-Gen aufgenommen haben. Da das Insulin-Gen in das Resistenzgen von Ampicillin eingebaut wurde, besitzen die Bakterien mit Insulin-Gen keine Resistenz gegen das entsprechende Antibiotikum. Diese Tatsache wird sich zu Nutze gemacht. Durch die Stempeltechnik wird die Bakterienkultur von einer Petrischale auf eine zweite Petrischale übertragen. Anschließend wird eine dieser Petrischalen mit Ampicillin behandelt. Alle Bakterienkolonien, die dabei absterben, tragen das Zielgen und können aus der anderen Petrischale entnommen und kultiviert werden. Am Ende dieses hochkomplexen Prozesses haben wir Bakterien, die dank der Universalität des gentischen Codes, das Protein Insulin herstellen können.
Es werden zwei Plasmide mit derselben Schnittstelle für Restriktionsenzyme hergestellt. Ein Plasmid enthält das Insulin-Gen, das andere hat zwei Resistenzgene gegen Antibiotika. Durch die Zugabe der Restriktionsenzyme können sich einige Plasmidringe verbinden. Die Plasmide können anschließend von Bakterien aufgenommen werden. Durch die Zugabe von Tetracyclin sterben allen Bakterien ohne aufgenommenen Plasmidring ab. Anschließend kann durch die Zugabe von Ampicillin festgestellt werden, welche Bakterien das Insulin-Gen enthalten.

Gentransfer durch Vektoren

Es werden zwei Plasmide mit derselben Schnittstelle für Restriktionsenzyme hergestellt. Ein Plasmid enthält das Insulin-Gen, das andere hat zwei Resistenzgene gegen Antibiotika. Durch die Zugabe der Restriktionsenzyme können sich einige Plasmidringe verbinden. Die Plasmide können anschließend von Bakterien aufgenommen werden. Durch die Zugabe von Tetracyclin sterben allen Bakterien ohne aufgenommenen Plasmidring ab. Anschließend kann durch die Zugabe von Ampicillin festgestellt werden, welche Bakterien das Insulin-Gen enthalten.

Gentransfer durch Vektoren ist ein beliebtes Thema in der Genetik. Der grundsätzliche Ablauf sollte daher verinnerlicht werden, da er oft reproduktiv in Aufgabe 1 wiedergegeben oder anhand von Material erklärt werden soll. Besonders in letzterem Fall kann man sehr einfach Punkte holen.

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