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15.1: Was ist Gentechnik?
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PROTOKOLLE

15.1: Was ist Gentechnik?

Überblick

Die Gentechnik ist der Prozess der Modifizierung der DNA eines Organismus, um neue, wünschenswerte Eigenschaften einzubauen. Organismen von Bakterien bis hin zu Pflanzen und Tieren, wurden bereits für akademische, medizinische, landwirtschaftliche und industrielle Zwecke genetisch modifiziert. Während die Gentechnik eindeutige Vorteile hat, gibt es gleichzeitig ethische Bedenken bezüglich der Modifizierung der menschlichen DNA und unserer Lebensmittelversorgung.

Wissenschaftler können das Genom eines Organismus gezielt modifizieren

Die Gentechnik ist durchführbar, weil der genetische Code und die Struktur der DNA universell unter allen Lebensformen gleich sind. Die Art und Weise, wie die Information von der DNA kodiert werden ist bei allen Organismen gleich. Folglich kann der genetische Code eines Organismus auf mehrere Arten verändert werden.

Eine Nucleotidsequenz kann mit Techniken wie dem CRISPR/Cas9-System selektiv editiert werden. Bekannt als die "molekulare Schere" ist das CRISPR/Cas9-System eine angeborene, prokaryontische Immunantwort, die zur Editierung der genetischen Information kooptiert wurde.

Ein Gen kann auch aus einem Organismus entfernt werden, um einen “Knockout” zu schaffen oder eingeführt werden. Dann spricht man von einem sogenannten “ Knockin”. Diese Prozesse bezeichnet man allgemein als Gen-Targeting. Diese Methode beruht auf homologer Rekombination. Es findet ein genetischer Austausch zwischen DNA-Molekülen, die eine ausgedehnte Region mit ähnlichen Sequenzen teilen statt. So wird ein endogenes Gen modifiziert.

Wissenschaftler können auch ein Gen von einem Organismus in das Genom eines anderen Organismus einsetzen. Dies resultiert dann in einem transgenen Organismus. Im Allgemeinen wird die aus verschiedenen Quellen kombinierte DNA als rekombinante DNA bezeichnet. Der Organismus, der diese DNA erhält, gilt als gentechnisch veränderter Organismus oder GVO.

Gentechnik beeinflusst die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden

Die Bearbeitung von Genomen hat die wissenschaftliche Forschung, Landwirtschaft, Industrie und Medizin maßgeblich beeinflusst. In der molekularbiologischen Forschung werden oft Transgene (Fremdgene) in Bakterien und Viren eingesetzt, um die Funktion und Expression von Genen zu untersuchen. Bakterien waren die ersten Organismen, die gentechnisch verändert wurden. Wissenschaftler führten das menschliche Insulin-Gen in Bakterien ein, um synthetisches Insulin zu produzieren. Dieses kann zur Behandlung von Menschen mit Diabetes eingesetzt werden.

Eine Technik, die Gentherapie genannt wird, erlaubt es, ein neues Gen in ein Individuum einzufügen. So kann das eingesetzt so Protein, für das es kodiert, in den Zellen des Individuums exprimiert werden kann. Die Gentherapie bietet eine Heilung oder Behandlung für einige schwere und sonst unbehandelbare genetische Krankheiten. Wissenschaftler modifizieren Viren, um neue Gene in die Wirtszellen zu bringen. Diese maßgeschneiderten Viren können kranke Zellen angreifen und eine korrekte Kopie eines defekten Gens einbauen und so menschliche Erkrankungen wie die Schwere Kombinierte Immundefizienz (SCID) behandeln.

Obgleich viele gentherapeutische Behandlungen mit modifizierten Viren durchgeführt werden, ist das CRISPR/Cas9-System zu einer immer beliebteren Technik geworden. Das CRISPR/Cas9-System schneidet DNA mit Hilfe eines Leitfadens aus, um die “molekulare Schere”, ein Enzym namens Cas9, an bestimmte Stellen im Genom zu leiten. Ausgeschnitten werden dabei RNA-Sequenzen, die als CRISPR bekannt sind. Wissenschaftler verwenden dieses molekulare Werkzeug, um genetisches Material hinzuzufügen, zu entfernen oder zu verändern. CRISPR/Cas9 wurde in Maus-Experimenten verwendet, um Fehler in Genen zu korrigieren, welche für Duchenne-Muskeldystrophie, Hepatitis B, Grauen Star und Herz-Kreislauf-Erkrankungen verantwortlich sind.

Die Gentechnik kann zwar neue Behandlungsmethoden für Krankheiten hervorbringen, kann aber auch gleichzeitig für andere praktische Zwecke eingesetzt werden. Es wurden transgene Ziegen entwickelt, die in ihrer Milch Spinnenseide für die industrielle Nutzung produzieren. In der Landwirtschaft wurden einige Pflanzen gentechnisch verändert, um Eigenschaften wie Nährstoffgehalt und Schädlingsresistenz zu verbessern. Jüngste und zukünftige Fortschritte in der Gentechnik werden sich wahrscheinlich weiterhin auf die Gesundheit und das Wohlbefinden der Menschen auswirken.

Ethische Befürchtungen bezüglich der Gentechnik

Die Gentechnik hat großes Potenzial. Wo aber ziehen wir die Grenze? Diese Frage müssen Wissenschaft und Gesellschaft beantworten. Die Bearbeitung des menschlichen Genoms, insbesondere in Keimbahnzellen, ist ein großes ethisches Problem. Die meisten Gentherapien modifizieren somatische Zellen, so dass sich genetische Veränderungen nur auf das Individuum auswirken. Veränderungen an der Keimbahn eines Menschen werden aber auch an ihre Nachkommen vererbt.

Im Jahr 2018 schockierte ein Wissenschaftler die Welt, als er angeblich die ersten mit CRISPR genetisch veränderten Babys schuf. Er versuchte, die Zwillingsmädchen durch Einführung einer unstudierten Keimbahnmutation gegen HIV resistent zu machen. Seine Aktionen lösten Empörung und Besorgnis aus,. Wissenschaftler und die Öffentlichkeit setzten sich mit der Frage auseinander, was dies für die Menschheit bedeutet. Es bleibt unklar, wie sich dies auf die Mädchen, ihre Gesundheit, ihre zukünftigen Nachkommen oder die Bevölkerung auswirken würde.

Ein weiteres Bedenken ist die Nutzung von fremdem genetischen Material zur Verbesserung der Nahrungsmittelversorgung. Pflanzen sind die häufigste genetisch veränderte Nahrungsquelle, wobei 28 Länder weltweit fast 450 Millionen Hektar GV-Pflanzen anbauen. Während es ein enormes Potenzial zur Sicherung der Nahrungsmittelversorgung einer wachsenden Weltbevölkerung gibt, sind wissenschaftlich fundierte, langfristige Studien erforderlich, um den Bedenken der GVO-Kritiker zu begegnen.


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