Telekolleg - Biologie


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Grundlagen der Gentechnik 3. Angewandte Gentechnik

Die Gentechnik wird heute auf vielerlei Weise angewandt. Bakterien, Pflanzen und sogar Säugetiere werden gentechnisch so verändert, dass sie für den Menschen einen bestimmten Nutzen bringen.

Stand: 15.03.2012

Bakterium und Fremd-DNA | Bild: BR

Was bedeutet "transgen"?

Lebewesen, die durch das Einbringen von Fremd-DNA gentechnisch verändert wurden, nennt man transgen.

Unter Gentechnik versteht man die gezielte genetische Veränderung von Organismen. Die häufigste Anwendung findet sie bei der Herstellung von transgenen Lebewesen, also solchen, die Fremd-DNA enthalten.

Genmanipulation bei Bakterien

Das von Diabetikern benötigte Insulin wird - neben einer Reihe anderer Medikamente - durch gentechnische Verfahren hergestellt. Dabei wird in ein Bakterium das Gen für menschliches Insulin eingebracht und anschließend vom Proteinbiosyntheseapparat hergestellt.

Was ist ein Plasmid?

Plasmide sind kleine, ringförmige DNA-Elemente, die in einem Bakterium zusätzlich zur normalen DNA vorkommen. Die Kopien der Plasmide werden unter den Bakterien ausgetauscht – oft liegen genetische Codes auf ihnen, die Antibiotikaresistenz verleihen.

Wie bringt man nun ein Bakterium dazu, Insulin zu produzieren? Um das Gen für Insulin in das Bakterium E. coli zu bringen, verwendet der Gentechniker Plasmide und Restriktionsenzyme als Werkzeuge. Dafür benötigt der Wissenschaftler verschiedene Ausgangsmaterialien, die in der Natur vorkommen und die er für seine Zwecke einsetzt:

  • ein geeignetes Bakterium und dessen Plasmide
  • das Gen des Produktes, das er durch das Bakterium herstellen lassen will - in unserem Fall das Insulin-Gen
  • ein sogenanntes Restriktionsenzym - dies stellen Bakterien her, um fremde Erbsubstanz, wie sie beispielsweise bei einem Virusbefall eindringt, zu zerstückeln

Das Restriktionsenzym führt zwischen GC und AG einen versetzten Schnitt durch

Jedes der über 400 bekannten Restriktionsenzyme hat eine wertvolle Eigenschaft: Es schneidet Erbsubstanz nur an ganz bestimmten Stellen. Im Beispiel von Insulin erkennt das Restriktionsenzym EcoR1 die Basenabfolge G-A-A-T-C und führt zwischen GC und AG einen versetzten Schnitt durch. Dadurch entstehen überlappende Enden. Der DNA-Abschnitt für Insulin wird isoliert und anschließend als Passagier-DNA benutzt. Dann wird das Plasmid von E. coli mit dem gleichen Restriktionsenzym behandelt. Was dabei passiert, zeigt das Video:

Das Ergebnis ist ein gentechnisch veränderter Organismus (abgekürzt GVO), auch transgener Organismus genannt. Auf diese Weise wird mittels Bakterien eine Reihe von Medikamenten hergestellt. Die Vorteile des Verfahrens sind die unbegrenzten Mengen, die Herstellung des menschlichen Proteins statt der Verwendung eines tierischen und die sterile Gewinnung, die keine Gefahr der Übertragung von Erregern birgt.

Doch es gibt auch Nachteile: Ein von einem Bakterium hergestelltes Protein kann sich unter Umständen in seiner Struktur erheblich von dem Protein unterscheiden, das ein Säugetier herstellt. Außerdem kann die Größe des eingebrachten Gens ein Problem sein - es kann so groß sein, dass es im wörtlichen Sinn für ein Plasmid nicht tragbar ist.

Gene Pharming

In Fällen, bei denen die billige und großtechnische Produktion durch Bakterien nicht möglich ist, setzt man auf eine neue Technik: Gene Pharming - so genannt, weil hier eine Überschneidung von Pharmazie und Landwirtschaft stattfindet. Man produziert transgene Säugetiere, die menschliche Proteine nahezu immer in verwertbarer Form herstellen, da der Proteinbiosyntheseapparat zwischen Säugetieren und Menschen sehr ähnlich ist. Zudem können auch größere Gene eingesetzt werden.

Transgene Säugetiere

Aus der Milch des transgenen Schafes kann das gewünschte Protein isoliert werden.

So funktioniert die Herstellung transgener Säugetiere: Man spritzt das gewünschte Gen - zum Beispiel das Gen für den von Blutern benötigten Blutgerinnungsfaktor VIII - in eine befruchtete Eizelle eines Schafes. Die Eizelle nimmt das fremde Gen auf, es wird in das Genom eingebaut. Der Embryo wird anschließend ausgetragen. Dieses transgene Schaf trägt in allen Körperzellen die Fremd-DNA. Da man das Gen speziell behandelt hat, stellt das Schaf nur in den Euterzellen das Protein, den Blutgerinnungsfaktor, her. Dieser kann dann bequem aus der Milch isoliert werden. Diese Methode ist viel versprechend, steckt jedoch noch in den Kinderschuhen.

Grüne Gentechnik

Gentechnik wird vor allem in den USA in großem Umfang angewendet. Die sogenannte Grüne Gentechnik umfasst alle Nutzpflanzen, die gentechnisch verändert wurden - zum Beispiel Mais, Kartoffeln, Soja. Aus diesen Nutzpflanzen werden auch Lebensmittel gewonnen, die anteilig gentechnisch gewonnene Proteine enthalten.

Ziel der Gentechnik ist es, Fremdgene in Pflanzen einzubringen, die sie zu unserem Nutzen verändern: Zum Beispiel kann man die Pflanzen resistent machen gegen Schädlinge. Denkbar ist auch, Impfstoffe oder Vitamingene in Grundnahrungsmittel einzubringen. Solche gentechnischen Veränderungen von Nutzpflanzen sind heftig umstritten.

Das Prinzip der Grünen Gentechnik ist dem der Insulingewinnung ähnlich. Wie man dabei vorgeht, zeigt das Video.

Beispiele transgener Nutzpflanzen

Die Liste gentechnisch veränderter Nutzpflanzen ist mittlerweile unüberschaubar geworden. Ein paar Beispiele:

  • "Berühmt" ist zum Beispiel die Antimatschtomate: Hier wird durch den Einbau eines "Gegengens" das pflanzeneigene Gen blockiert, das den Reifungsprozess der Tomate fördert. Die Folge: Die Tomate bleibt länger frisch.
  • Ein weiteres Beispiel ist der Bt-Mais: Er wird so verändert, dass er selbst ein Gift gegen schädliche Insekten herstellt. Damit kann der Landwirt auf das Spritzen von Insektiziden verzichten - allerdings führt das auch zum Aussterben bestimmter Schmetterlingsarten, wie das in den USA bereits beobachtet wurde.
  • Ein weiteres Beispiel ist der Golden Rice, der gentechnisch mit Vitamin A angereichert ist. Gerade in armen Ländern können damit Mangelerscheinungen vermindert werden. Allerdings ist der Golden Rice unfruchtbar - die Reisbauern müssen jedes Jahr neues Saatgut kaufen.

Das stärkste Argument der Gentechnikgegner ist die geringe Möglichkeit abzuschätzen, wie sich die eingebauten Gene verbreiten und in andere Arten eingebracht werden. Darüber hinaus kann die Verminderung der Artenvielfalt durch die Gentechnik als gesichert angesehen werden.

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