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13.13: Bakterielle Transformation
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Bakterielle Transformation
 

PROTOKOLLE

13.13: Bakterielle Transformation

1928 arbeitete der Bakteriologe Frederick Griffith an einem Impfstoff gegen die Lungenentzündung. Sie wird durch das Bakterium Streptococcus pneumoniae verursacht. Griffith untersuchte zwei Pneumonie-Stämme bei Mäusen: einen pathogenen und einen nicht-pathogenen. Dabei erkannte er, dass nur der pathogene Stamm die Wirtsmäuse tötete.

Griffith machte eine unerwartete Entdeckung, als er den pathogenen Stamm abtötete und seine Überreste mit dem lebenden, nicht-pathogenen Stamm vermischte. Die Mischung tötete nicht nur Wirtsmäuse, sondern enthielt auch lebende pathogene Bakterien, welche pathogene Nachkommen produzierten. Griffith schloss daraus, dass der nicht-pathogene Stamm etwas von dem toten pathogenen Stamm erhielt, das ihn in den pathogenen Stamm transformierte. Er nannte dies das Prinzip der Transformation.

Zur Zeit der Untersuchungen von Griffith gab es eine hitzige Debatte über die Identität des genetischen Materials. Viele frühe Hinweise deuteten auf Proteine als die Erbmoleküle hin. Griffiths Experimente zur bakteriellen Transformation lieferten einige der frühesten Daten, die zeigen, dass die DNA das genetische Material ist.

Die Bakterien nehmen durch Transformation externe DNA auf. Die Transformation erfolgt auf natürliche Weise, wird aber auch in Labors oft zum Klonen von DNA veranlasst. Um ein bestimmtes Gen zu klonen, können Wissenschaftler das Gen in ein Plasmid einsetzen. Plasmide sind zirkuläre DNA-Moleküle, die sich unabhängig voneinander replizieren können. Das Plasmid enthält oft ein Antibiotikaresistenzgen. Bakterien nehmen das Plasmid durch Transformation auf. Die Wissenschaftler setzen die Bakterien dann Antibiotika aus. Überlebende Bakterienkolonien müssen das Plasmid enthalten, da das Plasmid ein Antibiotikaresistenzgen enthält. Eine DNA-Analyse kann das Vorhandensein der Gene im Plasmid bestätigen. Folglich können sich die Bakterienkolonien mit dem gewünschten Gen vermehren und zur Herstellung weiterer Plasmide oder Proteine verwendet werden.

Warum bauen die Bakterien fremde DNA in sich selbst ein? Im Gegensatz zu sich sexuell fortpflanzenden Organismen klonen sich Bakterien im Prinzip selbst. Diese Fortpflanzungsmethode, die als binäre Spaltung bezeichnet wird, bietet nur wenige Möglichkeiten für genetische Variation. Obwohl Mutationen eine gewisse Vielfalt einführen, sind viele Mutationen schädlich. Die gemeinsame Nutzung von Genen durch Transformation sowie Konjugation und Transduktion ermöglicht es den Prokaryonten, sich weiterzuentwickeln.


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