Anwendungen der Gentechnik

Genübertragung bei Pflanzen

Zur Übertragung neuer Gene in Kulturpflanzen wird u. a. der genetische Parasitismus des Bodenbakteriums Agrobacterium tumefaciens bei Pflanzen genutzt. Während der Infektion integriert das Bakterium sein Ti-Plasmid in das Genom der Wirtszellen. Entsprechend der genetischen Informationen des Plasmids bilden sich die Pflanzenzellen zu Krebszellen um und synthetisieren Opine (verschiedene Derivate der Aminosäure Arginin) als spezielle Nährstoffe für die Bakterien. Gentechnisch veränderte, ungefährliche Ti-Plasmide können mithilfe der Bakterien in das Genom von Pflanzenzellen integriert werden. Man macht sich hierbei zunutze, dass lediglich bestimmte Sequenzbereiche des Plasmids für die Integration in das Pflanzengenom erforderlich sind, und fügt andere genetische Informationen (z. B. zur Herstellung bestimmter Proteine, die eine „natürliche“ Abwehr gegen Schädlinge hervorrufen) ein. Aus den neu kombinierten Zellen werden vollständige transgene Pflanzen regeneriert. Diese stellen nun das gewünschte Protein her und verfügen über Merkmale (z. B. Schädlingsresistenz), die sie zuvor nicht hatten.

Bei der Tomatensorte „FlavrSavr“ verzögert ein eingefügtes Gen die Synthese des Enzyms Polygalacturonase. Es ist während des Reifeprozesses der Tomaten für den Abbau der Mittellamelle in den Zellwänden verantwortlich, wodurch die Früchte weich werden.
Eine transkribierte antisense-RNA hybridisiert mit der mRNA des Enzyms. Die Translation der Polygalacturonase wird dadurch gehemmt. Reife Tomaten werden nicht so schnell matschig und widerstehen länger Fäulniserregern.

Insulin

Als erstes Medikament wird das menschliche Insulin schon seit 1980 im industriellen Maßstab mit rekombinanten Bakterien hergestellt. Dieses Hormon wird zur Behandlung der Zuckerkrankheit Diabetes mellitus eingesetzt und senkt den Blutzuckerspiegel. Es besteht aus insgesamt 51 Aminosäuren, die eine A- und eine B-Kette bilden. Beide Ketten sind durch Disulfidbrücken miteinander verbunden. In den $\beta \text{–}\text{Zellen}$ der Bauchspeicheldrüse wird zuerst ein 110 Aminosäuren langes Prä-Proinsulin synthetisiert, das dann im Golgi-Apparat seine funktionstüchtige Raumstruktur erhält und abgegeben werden kann.
Für die biotechnologische Herstellung wurden Coli-Bakterien mit einem Plasmid als Vektor (Überträgermolekül für genetisches Material) rekombiniert. Das Plasmid beinhaltet neben Regulationseinheiten die Bildungvorschrift für ein sogenanntes Fusionsprotein. Die Insulinherstellung verläuft in drei Stufen. In der ersten Anlage werden die Bakterien in Bioreaktoren vermehrt, und das Fusionsprotein wird gebildet. Dann wird das Protein aus den abgetöteten Bakterien isoliert. Durch Falten und Abspalten der überschüssigen Aminosäuresequenzen entsteht im dritten Schritt aus dem Fusionsprotein das Insulin, das heutzutage in großen Mengen benötigt wird – eine andere als die gentechnische Herstellung dieses Wirkstoffs im Großmaßstab könnte nicht die erforderlichen Mengen zu so günstigen Bedingungen liefern und viele Menschen müssten auf die Medizin verzichten.