am Puls Biologie 8, Schulbuch

125 Bio- und Gentechnik Restriktionsenzyme als Werkzeuge der Gentechnik In der grünen Gentechnik nutzt man die Fähig- keit von A. tumefaciens zum Gentransfer, um ge- zielt das Genom einer Pflanze zu ändern. Dabei dient das Plasmid als „Genfähre“ (Vektor) . Diese ringförmigen DNA-Moleküle kommen in Bakteri- en und einigen Hefen vor. Setzt man A. tumefaci­ ens für die gentechnische Veränderung von Pflanzen ein, müssen zuvor die eingesetzten Plasmide entschärft werden, denn es sollen kei- ne Tumore in den Zielpflanzen entstehen. Daher enthalten diese Plasmide keine Gene mehr für die Synthese von Wachstumshormonen oder Opinen ( k Abb. 13). Bevor ein Gen transferiert werden kann, muss man es zunächst aus dem Genom des Spenders ausschneiden. Das geschieht mit Restriktions­ enzymen . Restriktionsenzyme funktionieren wie molekulare Scheren. Sie kommen in Bakterien und Archaeen vor. Dort dienen sie der Abwehr von Phagen ( k S. 31). Diese Enzyme erkennen und schneiden bestimmte Basenabfolgen in der DNA. Je nach Enzym entstehen dabei glatte oder versetzte Schnitte ( k Abb. 14). Benannt werden Restriktionsenzyme nach dem Mikroorganismus, in dem sie entdeckt wurden, zB SacI in Strep­ tomyces achromogenes . Die römischen Zahlen weisen auf die Reihenfolge der Entdeckung des Enzyms in einem Bakterium hin. Das isolierte Gen wird in ein Plasmid eingesetzt , das zuvor aus Bakterien gewonnen und mit dem- selben Restriktionsenzym aufgeschnitten wurde. Das Enzym Ligase fügt die Schnittstellen von Plasmid und Fremdgen zusammen ( k Abb. 14). Das neue ( rekombinante ) Plasmid wird erneut in A. tumefaciens Zellen eingebracht. Das nennt man Transformation . Anschließend infiziert das Bakterium die Zielpflanze, wodurch deren Ge- nom verändert wird, was wiederum eine Trans- formation darstellt. Restriktionsenzyme sind molekulare Scheren und schnei- den die DNA an ganz spezifischen Sequenzen Promoter Fremdgen Sca I (2924) Sal I (1733) Sca I (1) Xhol I (10433) Sac II (8821) Sca II (9178) Sca I (9432) Xho I (9339) 11737 bp Pac I (2549) Sac II (2507) Xha I (2494) Kpn I (2492) Kpn T (45) Abb.13: „Karte“ eines Plasmids. Eingezeichnet sind das Fremdgen und ein Promoter zu dessen Aktivierung. Die dreibuchstabigen Abkürzungen bezeichnen die Schnittstellen bestimmter Restriktionsenzyme, die Zahlen in den Klammern deren genaue Position (Entfernung vom Startpunkt des Plasmids in Basen- paaren (bp)). Das gesamte Plasmid ist 11737 bp groß. 3‘ 5‘ 3‘ 5‘ Ligase Das gewünschte Gen (zB für ein Insektizid) wird aus der DNA einer Spenderart herausgeschnitten, um es in ein Plasmid einzusetzen. Ligasen kleben 3‘- und 5‘-Enden von DNA-Stücken zusammen. Restriktionsenzyme schneiden die DNA an spezifischer Stelle mit glattem oder wie hier mit versetztem Schnitt. Schnittstelle für das Restriktionsenzym in der übertragbaren DNA des Plasmids transgene Pflanze, zB Mais mit Insek- tizid, Reis mit Vita- min-A-Vorstufen oder Rübe mit erhöhtem Zucker- gehalt Bakterienzelle mit Plasmid Spender-DNA Restriktion und Ligation der DNA Einführung in die Pflanzenzelle Regeneration einer Pflanze mit neuem Merkmal rekombinantes (neu kombiniertes) Plasmid rekombinante DNA Abb.14: Ein Gen wird mithilfe eines Vektors (hier: ein Plasmid) auf eine Nutzpflanze übertragen. Diese wird so zum GVO. Unten ist gezeigt, welche Basensequenz das Restriktionsenzym SacI schneidet. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv