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15.4: Transgene Organismen
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PROTOKOLLE

15.4: Transgene Organismen

Überblick

Transgene Organismen sind genetisch so verändert, dass sie Transgene—Gene von einer anderen Spezies—als Teil ihres Genoms tragen. Das Transgen kann entweder eine andere Version eines Gens des Organismus sein oder ein Gen, das in ihrem Genom nicht existiert. Transgene werden normalerweise durch rekombinante DNA und DNA-Klonierungstechniken erzeugt. Transgene Bakterien, Pflanzen und Tiere ermöglichen es den Wissenschaftlern, sich mit biologischen Fragen zu befassen und praktische Lösungen zu entwerfen.

Erzeugung eines transgenen Organismus

Wissenschaftler beginnen den Prozess der Transgenese—Einführung eines Transgens in das Genom eines Organismus—durch die Auswahl einer geeigneten Technik. Es gibt verschiedene biologische, chemische und physikalische Methoden der Transgenese. Eine übliche biologische Methode beinhaltet die virusvermittelte Einführung von Fremd-DNA in das Genom einer Wirtszelle, welche als Transduktion bezeichnet wird. Eine beliebte chemische Methode verwendet Kalziumphosphat (Ca3(PO4)2). Die Methode basiert auf der Bildung eines Ca3(PO4)2/DNA-Präzipitats, um die DNA-Bindung an und den Eintritt in die Zellen zu erleichtern. Physikalische Methoden wie die Mikroinjektion—eine Technik, die eine dünne Glasnadel verwendet, um genetisches Material manuell in Zellen einzufügen—die DNA wird künstlich mit Gewalt eingeführt.

In der Zelle kann sich ein Transgen entweder zufällig oder an einer bestimmten Stelle im Genom mit Hilfe von DNA-Reparatur-Enzymen integrieren (d.h. rekombinieren). Diese transgenen Zellen multiplizieren und replizieren dann das Transgen als Teil ihres Genoms und exprimieren dadurch stabil das Gen welches im Fokus des Forschers ist. Ein Transgen kann sich nicht in das Genom integrieren und somit nur eine vorübergehende Expression des Genes induzieren, das für den Forscher von Interesse ist. In der Regel wird ein selektierbarer Marker (z.B. Antibiotikaresistenzgen) oder ein Reportergen (z.B. GFP) zusammen mit dem Gen von Interesse aufgenommen, so dass Zellen mit erfolgreicher Transgenintegration identifiziert werden können.

Transgene können in Tiere und Pflanzen eingeführt werden

Bei Tieren wird das Transgen typischerweise durch Mikroinjektion in ein frühes, befruchtetes Ei eingefügt. Die Hoffnung ist, dass das Transgen in die Keimzellen integriert wird—so dass es in allen sich entwickelnden Zellen des Organismus exprimiert wird. Darüber hinaus ist die Integration der Keimbahn vererbbar, d.h. das Transgen kann durch Züchtung über Generationen weitergegeben werden. Die transgenen Tiere werden rückgekreuzt—die Nachkommen werden mit dem Elternteil verpaart—um Linien von Tieren zu schaffen, die für das Transgen homozygot sind.

Pflanzen-Transgenese verwendet routinemäßig eine biologische Methode, wie z.B. die bakterielle Vektorverabreichung, um fremde DNA in Zellen einzubringen. Rhizobium radiobacter (früher bekannt als Agrobacterium tumefaciens) ist ein bodenbewohnendes, pathogenes Bakterium, das Pflanzen infizieren und seine Plasmid-DNA in das Pflanzengenom integrieren kann. Wissenschaftler haben R. radiobacter so modifiziert, dass die Plasmid-DNA ein Transgen tragen kann. Pflanzliche Gewebeproben werden mit R. radiobacter kultiviert, um eine Infektion und die Integration des Transgens zu ermöglichen. Diese Gewebe werden weiter auf selektiven Medien kultiviert, die das Wachstum von Spross und Wurzel induzieren, bis die entstehende Pflanze in den Boden übertragen werden kann. Diese transgenen Pflanzen werden rückgekreuzt, um Linien von ertragreichen, transgenen Pflanzen zu schaffen.

Verwendung von transgenen Organismen in der Praxis

Transgene Organismen haben viele Anwendungen in Landwirtschaft, Wissenschaft, Industrie und Medizin. Beispielsweise wurden transgene Pflanzen produziert, die insektenresistent sind, um den Ertrag zu erhöhen und den Einsatz von Pestiziden zu reduzieren (z.B. Bt-Mais); Bakterien wurden für die Verwendung in der biomedizinischen Forschung und zur Herstellung von Biokraftstoffen entwickelt. Transgene Tiere wurden zur Herstellung von Medikamenten—menschlichen Proteinen—und zur Erstellung von Modellen menschlicher Krankheiten verwendet. Wissenschaftler nutzen die Kraft der transgenen Pflanzen, Bakterien und Tiere, um die Genexpression zu erforschen, gewünschte Genprodukte zu erzeugen oder wertvolle Eigenschaften zu fördern.


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