Grundlagen der Biotechnologie


Zur Produktion von Proteinen für Medikamente wird in der Biotechnologie das gewünschte Gen für das Protein isoliert und in das Erbgut eines anderen Organismus integriert. Diese Lebewesen nennt man transgene Lebewesen.
Der Vorgang, um ein solches transgenes Lebewesen zu schaffen, besteht aus drei Schritten: Isolation, Rekombination und Transformation. Danach folgt die Selektion, um die Zellen mit erfolgreicher Aufnahme des Gens zu finden.

Isolation:

Nun soll das gewünschte Gen in die Plasmid-DNA des Wirtsorganismus integriert werden. Dazu nutzt man ein Restriktionsenzym, das ein Stück der Plasmid-DNA entfernt. Der „Schnitt“ ist aber nicht gradlinig zwischen zwei Basenpaaren, sondern trennt den DNA-Doppelstrang so, dass einzelne Basen eines Einzelstrangs übrig bleiben. Diese Enden nennt man „sticky ends“ oder „klebrige Enden“.

Rekombination:

Da nun der DNA-Strang getrennt ist, werden auch passende „sticky ends“, die komplementär zum gegen Strang sind, an das einzubringende Gen angebracht, so dass es in die DNA-Lücke passt. Das Plasmid ist bezüglich der Basen wieder vollständig, aber diese sind noch nicht fest verbunden, also beginnt das Enzym Ligase zu arbeiten, Sie verbindet das Gen mit der Wirts-DNA. Diese Verbindung nennt man rekombinierte DNA.

Transformation:

Das so entstandene Plasmid mit der „neuen“ Information wird in Wirtszellen gegeben; das Gen wird so in eine Zelle transportiert, also ist das Plasmid ein Vektor („Gentaxi“).

Selektion:

Um festzustellen, welche Wirtszellen das Gen enthalten, wird ein Test durchgeführt.
Die Überprüfung besteht aus einer Bakterienkultur aus Wirtszellen mit vermeintlich rekombinierter DNA, die durch einen Stempel auf eine Platte mit Antibiotika (1) aufgebracht werden. Da das Plasmid, das ausgewählt wurde, zwei Resistenzen gegen Antibiotika aufweißt, lässt sich so herausfinden, welche die gewünschten sind. Die Resistenz gegen das Antibiotika (1) ist noch intakt, also überleben diese Bakterien, aber die Restriktionsenzyme haben das Gen zur Resistenz gegen das Antibiotika (2) zerstört. Also kann das rekombinierte Bakterium auf dem Antibiotika (2) nicht wachsen, wenn es darauf gestempelt wird. Durch die Lage der Kulturen kann man nun die nötigen Rückschlüsse ziehen.
So können diese Bakterien jetzt das gewünschte Protein produzieren, damit es in der Medizin zur Arzneimittelherstellung genutzt werden kann.