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  5. 5.3.3 Transgene Organismen können vielseitig genutzt werden
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Anwendungen der Gentechnik

Der Einsatz transgener Organismen in der Industrie, der Landwirtschaft, dem Umweltschutz, der Forschung und der Medizin wird immer vielfältiger. Sie können u. a. zur Stoffproduktion, wie z. B. für Medikamente oder Enzyme, zur Qualitätsverbesserung und Ertragssicherung von lanwirtschaftlichen Erzeugnissen, zur Beseitigung von Umweltverschmutzungen, aber auch zur Diagnostik und Therapie in der Medizin eingesetzt werden.

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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.

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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 β   –   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.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Anwendungen der Gentechnik." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/biologie-abitur/artikel/anwendungen-der-gentechnik (Abgerufen: 20. May 2025, 09:37 UTC)

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Verwandte Artikel

Animalia (Tiere)

Tiere werden anhand ihres Baus, ihrer Ernährungsweise und ihres Entwicklungszyklus definiert.

Tiere

  • sind vielzellige heterotrophe Eukaryoten, die feste Nahrung zu sich nehmen,
  • haben Zellen ohne Zellwände.
  • sind die einzigen Organismen, die Nerven- und Muskelgewebe besitzen,
  • zeichnen sich durch eine Embryonalentwicklung aus, die ein Blastulastadium aufweist, dem eine Gastrulation folgt, durch die die drei Keimblätter (embryonale Gewebeschichten) entstehen,
  • besitzen als einzige Organismen sogenannte Hox-Gene, die für die Entwicklung der Körpergestalt verantwortlich sind.

Die Animalia (Tiere) sind eines der vier Reiche der Eukarya. Früher wurden auch heterotrophe Einzeller als Protozoa ins Tierreich eingeordnet, heute rechnet man sie zu verschiedenen Verwandtschaftsgruppen der Protisten.

Hefepilze

Schon lange bevor man schreiben konnte wurde Hefe genutzt. Als unsere Vorfahren jedoch vor über 5 000 Jahren anfingen zu backen, vermischten sie nur Wasser und Mehl miteinander. Daraus entstanden dann die noch heute bekannten Fladenbrote. Durch eine zufällige Entdeckung im alten Ägypten gelang es, lockeres und wohlschmeckenderes Brot herzustellen. Die Entdeckung und Nutzung der Hefe begann, obwohl deren Existenz erst durch PASTEUR sicher bewiesen wurde.

Aber auch bei anderen Prozessen des täglichen Lebens ist die Hefe nicht mehr wegzudenken, z. B. bei der Bier- und Weinherstellung. Die klassische Bier-, Back- und Weinhefe wird zum einen aus Candida-Hefe, Candida utilis, und zum anderen auch aus Saccharomyces cerevisiae (Bierhefe; cerevisiae lat.: Brauer) und Saccharomyces ellipsoideus (Weinhefe) hergestellt. Alles sind Sprosspilze, welche die alkoholische Gärung verursachen. Sie sind nur unter dem Mikroskop als eiförmige Zellen sichtbar. Man braucht immerhin 20 000 000 000 Zellen, um nur ein Gramm Hefe zu haben. Heute ist die Hefe wieder, aber diesmal aus einem ganz anderen Grund, von großem Interesse für die Forschung. Es ist der ideale eukaryotische Mikroorganismus für gentechnologische Studien. Das Genom des Hefepilzes ist schon seit längerer Zeit bekannt und wird deshalb als Referenz für die genetischen Sequenzen von menschlichen und anderen eukaryotischen Genen genutzt.

Störfaktoren der Embryonalentwicklung

Der Embryo ist während seiner Entwicklung normalerweise gut geschützt. Dennoch gibt es verschiedene Störfaktoren, die zu Fehlentwicklungen, schweren Missbildungen des Embryos oder zum Abort führen können.

Zu diesen schädigenden Einflüssen gehören genetische und mütterliche Faktoren sowie Umweltfaktoren wie Medikamente, Chemikalien, Suchtmittel, Strahlung und Infektionserreger, die spezifische Entwicklungsstörungen hervorrufen. Die Anfälligkeit für solche Störfaktoren sowie das Ausmaß der ausgeprägten Missbildungen sind wesentlich von dem Zeitpunkt der Einwirkung abhängig.

Während der sensiblen Phase, in der komplexe und grundlegende Prozesse der Organogenese ablaufen, wirken solche Störfaktoren besonders fatal.

Genkartierung

Mitte der 80er-Jahre tauchten in den USA die ersten Ideen auf, das menschliche Genom zu entschlüsseln. Man versprach sich davon, das Zusammenspiel der Gene untereinander und mit der Umwelt besser zu verstehen. Die Prophylaxe, Diagnostik und Therapie vieler weitverbreiteter Krankheiten, wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs, Diabetes oder Infektionskrankheiten, soll durch Kenntnisse aus der Genomforschung entscheidend verbessert werden. Der offizielle Beginn des Genomprojekts war 1990. Die vollständige Entschlüsselung des menschlichen Erbguts war 2003 abgeschlossen. Die wesentlich komplizierteren Forschungen zu den Funktionen, Regulationen und Wechselwirkungen der Gene schließen sich an das Humangenomprojekt an.

Die Robertson-Translokation als Ursache des Down-Syndroms

Die Robertson-Translokation stellt eine spezielle Form der Translokationsmutation dar und kann zum dreifachen Vorhandensein der Erbinformationen des Chromosoms 21 beim Menschen führen (Chromosomenaberration). Als Folge davon entsteht das Down-Syndrom. Im Gegensatz zur freien Trisomie 21 wird hier die Krankheit über balancierte Träger weitervererbt.

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