Die Grundlagen der Gentechnik

Was sind eigentlich Gene?

Grafik eines Genmoleküls In einem Gen ist die Information für die Ausbildung eines Merkmals in einem Organismus enthalten. Viele 1.000 Gene stellen die Erbinformation dar, die im Zellkern durch ein riesiges Molekül, die DNS (DesoxyriboNucleinSäure) verschlüsselt (codiert) wird. Dieses Molekül besteht aus nur vier verschiedenen Bausteinen mit jeweils einem informativen Element (die Basen Adenin A, Cytosin C, Guanin G und Thymin T). 
Die Erbinformation ergibt sich aus der Reihenfolge dieser Elemente. Übrigens ist die noch weit verbreitete Annahme, erst durch gentechnisch veränderte Nahrungsmittel werden Gene aufgenommen ein großer Irrtum. 
Beim Verzehr von 500 Gramm Blattsalat werden Hunderttausend Milliarden Gene aufgenommen. Denn die Erbinformation in Form der DNS gehört zu den alltäglichen Nahrungsbestandteilen.
 

Grafik zweier Genmoleküle (DNS) Wie erfolgt die Weitergabe der Erbinformation?

Die DNS ist ein Doppelstrang, besteht also eigentlich aus zwei Molekülen, die sich miteinander wie eine verdrehte Leiter (Doppelhelix) paaren. Es paaren sich jedoch nur die Stränge, die sich im Informationsgehalt wie Spiegelbilder gleichen. Dieser Aufbau ist die Grundlage für die Weitergabe der Erbinformation ohne Verluste (z. B. bei einer Zellteilung). Beide Stränge werden verdoppelt, indem jeweils ein Mutterstrang als Vorlage (Matritze) für die Neubildung (Synthese) eines Tochterstranges dient.
 

Wie entsteht aus einem Gen ein Merkmal?

Grafik Übersetzung der DNA in die RNA Ein Gen verschlüsselt ein Protein (Enzym), das ein Merkmal ausprägt oder daran beteiligt ist. Proteine bestehen aus zwanzig verschiedenen Bausteinen (Aminosäuren). Die Übersetzung vom Gen zum Protein erfolgt nach einem genetischen Code, in dem immer drei aufeinanderfolgende informative Elemente (ein sogenanntes Triplett) einen Proteinbaustein verschlüsseln. 
Grafik Übersetzung der RNA in ein Protein im Zellplasma durch Ribosomen Das Gen auf der DNS wird zunächst in ein ähnliches Molekül, die RNS (RiboNucleinSäure) abgeschrieben, die einsträngig ist und als Bote die Information des Gens zu den Proteinsyntheseorten im Zellplasma transportiert. Hier wird an besonderen Syntheseapparaten (Ribosomen) gemäß der genetischen Codierung ein Protein gebildet. Das Protein ist in der Regel ein Enzym, das durch seine Aktivität zusammen und abgestimmt mit anderen ebenso erzeugten Enzymen ein sichtbares Merkmal, z. B. den Blutfarbstoff erzeugt.
 

Wie erfolgt die Weitergabe der Erbinformation?

Durch die enormen Fortschritte der Molekularbiologie auf dem Gebiet der Genomaufklärung von Organismen in den letzten Jahren ist bekannt, dass neben den die Proteine oder Enzyme kodierenden Genen (ca. 20.000 beim Menschen) mit ca. nur 2 % Anteil am Genom auch zahlreiche Abschnitte für die Entstehung von RNA - Molekülen mit diverser Struktur und verschiedenen regulatorischen Funktionen verantwortlich sind. Der restliche Anteil nicht-codierender DNA besteht aus springenden Genen, den sog. Transposons (44 %), intergenischen Sequenzen (28 %), Introns (i.d.R. herausgeschnittene Sequenzen in codierenden Abschnitten), viralen Sequenzen (9 %), hochrepetitiven Sequenzen (viele Wiederholungen einer Sequenz mit 3 %), und Pseudogenen (1,2 %), wobei die Zuschreibung einer Funktion hier umstritten ist, weshalb auch der Begriff junk-DNA geprägt wurde. Die regulatorische Funktion nicht-codierender Abschnitte und andere komplexe Mechanismen wie z.B. das alternative Zusammensetzen von Genabschnitten (alternatives Splicing von Introns) sind vermutlich dafür verantwortlich, dass trotz relativ geringer Anzahl von Genen und relativ geringer Genomgröße solche komplexen höheren Organismen wie z.B. Primaten und der Mensch entstehen konnten, wobei hier trotz stark abweichender Erscheinung (Phänotyp) nur relativ geringe Abweichungen in den Genomsequenzen festzustellen sind.
 

Was ist Gentechnik?

Die Struktur des Erbguts und die Art und Weise seiner Weitergabe und Umsetzung in Proteine und Merkmale sind in allen Organismen prinzipiell gleich. Daher ist es möglich, Gene und andere DNS-Abschnitte aus verschiedenen Organismen neu zu kombinieren oder, in der Fachsprache ausgedrückt, zu rekombinieren und in dieser neuen Zusammensetzung in einem anderen Organismus in ein Protein bzw. Merkmal umzusetzen:
Gentechnik ist die gezielte Übertragung von genetischer Information mit Hilfe bestimmter Methoden und in einer Art und Weise, wie sie in der Natur nicht vorkommt. Gentechnik ermöglicht die Genübertragung zwischen Lebewesen, die nicht eng miteinander verwandt sind.

Die Gentechnik bedient sich dabei einer Reihe bakterieller Enzyme, die das Molekül DNS spezifisch schneiden und wieder verknüpfen können. Auch aus Bakterien (oder Viren oder Hefen) stammen die ringförmigen DNS-Moleküle (Plasmide), mit deren Hilfe sich ein Gen identisch vermehren (klonieren) lässt. In der Abbildung ist die Klonierung eines Resistenzgens aus einer Bakterie und die Übertragung (Transformation) des Gens in eine Pflanze schematisch gezeigt.

Grafik Darstellung Gentechnik

Letzte Aktualisierung: 10.07.2018

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