Big Bang HTL 4, Schulbuch

68 Biochemie und Biotechnologie (IV. Jahrgang, 7. Semester) wurden und werden bis heute mit Hilfe von Schimmelpilzen gewonnen. Wichtig dafür war auch die Entwicklung der Ste- riltechnik . Diese sorgte dafür, dass nur noch die gewünsch- ten Mikroorganismen gezüchtet wurden. Unter Sterilisation versteht man das Abtöten von Mikroorganismen auf Gegen- ständen und in Materialien. Erst nach dem Abtöten der vor- handenen Mikroorganismen können gezielt spezielle Bakterien oder Pilze gezüchtet werden. Die heutige moderne Biotechnologie wurde durch die Er- kenntnisse über die DNA ab den 1950er Jahren ermöglicht. Die wohl entscheidendste Erfindung in der Entwicklung der modernen Bio- und Gentechnologie war die PCR . Mit Hilfe der PCR kann in kurzer Zeit DNA millionenfach kopiert, aber auch manipuliert, also verändert werden. Info: PCR PCR Die P olymerase C hain R eaction, zu Deutsch Polymerase Ketten-Reaktion, kurz PCR genannt wurde 1985 von K ARY B. M ULLIS erstmals publiziert. Die Grundlage dieser Erfindung war die Erforschung thermophiler, also hitzeliebender, Bakterien. Das Bakterium T hermus aq uaticus lebt bei Tem- peraturen von 80 °C und darüber, z. B. in Geysiren. Deshalb arbeitet auch seine PCR-Polymerase optimal bei 80 °C und wird auch bei Temperaturen bis zu 95 °C nicht denaturiert. Die sogenannte Taq -DNA-Polymerase war die Basis für die PCR. Heute kommen auch andere hitzeresistente DNA-Poly- merasen zum Einsatz. Die PCR wird in sogenannten Thermocyclern durchgeführt, Geräten die eigentlich nichts anderes tun als Proben sehr rasch aufzuheizen und abzukühlen. Für eine PCR sind fol- gende „Zutaten“ notwendig: – die zu kopierende DNA – Primer – DNA-Polymerase – DNA-Bausteine (Nukleotide mit den Basen A, T, G, C) Primer sind kurze, künstlich hergestellte, DNA-Einzelstränge aus etwa 18–30 Bausteinen. Sie entsprechen dem Anfang und dem Ende der zu kopierenden DNA. Die PCR verläuft dann als Kreislaufprozess, der etwa 25–35 × durchlaufen wird: 1. Erhitzen auf ca. 95 °C : Bei dieser Temperatur trennt sich der DNA Doppelstrang in zwei Einzelstränge . 2. Abkühlen auf ca. 50–60 °C: Nun kommt es zum Anlagern der Primer an den Beginn der zu kopierenden DNA-Ab- schnitte. 3. Erhitzen auf 72 °C: Bei dieser Temperatur arbeitet die Taq-DNA-Polymerase und es kommt zur Verlängerung der Primer zu 2 vollständigen DNA-Doppelsträngen . So sind aus einem DNA-Strang zwei entstanden. Nach dem 2. Durchlauf der Schritte 1.–3. Sind es schon 4 Kopien, dann 8 (2 3 ) und 16 (2 4 ). Nach 30 Cyclen sind es 2 30 , also über 1 Mil- liarde Kopien. Da ein Durchlauf nur wenige Minuten dauert ist eine PCR in wenigen Stunden abgeschlossen. i Abb. 6.3: Schema einer PCR Die PCR ermöglicht die Vervielfältigung von DNA, selbst wenn nur kleinste Mengen zur Verfügung stehen. Sie ist aber auch die Basis für das Verändern von DNA. Dieses Ver- vielfältigen und Verändern von DNA wird als Klonieren be- zeichnet. Heute können Biotechnologen alle Arten von Lebe- wesen gezielt verändern. Diese GMOs (genetically modified organisms) sind z. B. in der Landwirtschaft im Einsatz und dort äußerst umstritten. Noch mehr Unsicherheit herrscht bei vielen Menschen wenn es ums Klonen geht. Unter Klonen versteht man das Herstel- len von genetisch identen Lebewesen. Den Möglichkeiten und Risiken dieser neuen Technologien werden wir uns im Abschnitt 6.4 widmen. ( F2 ) Abb. 6.4: Unterschied zwischen Klonen (links) und Klonieren (rechts) Aufgaben der Biotechnologie Bakterien und Hefepilze vermehren sich sehr rasch (Ver- dopplungszeiten von 20 min bis zu 2 h) und haben keine großen Ansprüche an ihre „Nahrung“. Deshalb ist die Bio- technologie häufig im Einsatz um Zellmasse zu gewinnen. Diese können als Nahrungs- und Futtermittel verwendet werden, da sie eine günstige Eiweißquelle darstellen. Die Vermehrung ganz bestimmter Mikroorganismen liefert Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv