Begegnungen mit der Natur 8, Schulbuch

143 Der Mensch greift ein Enzyme dienen in der Gentechnik als „Werkzeuge“ Für die gentechnischen Verfahren werden eigene „Werkzeuge“ benötigt. Es sind spezielle Enzyme, mit denen man die DNA aufschneiden oder verbinden kann. In der Natur katalysieren solche Enzyme zB das Spleißen ( Seite 26). Restriktionsenzyme (aus Bakterien gewonnen) werden zum „Herausschnei- den“ von DNA-Stücken verwendet. Sie durchtrennen die DNA an bestimmten Stellen, die sie an spezifischen Basensequenzen (vier bis acht Basenpaare) erkennen. Je nach Enzym entstehen an den Schnittstellen glatte (doppelsträn- gige) oder klebrige (einzelsträngig überstehende) Enden ( Abb. 26). Ligasen sind Enzyme, die das Verknüpfen von Molekülen katalysieren. In der Gentechnik nutzt man DNA-Ligasen zum „Verkleben“ von DNA-Fragmenten. Bakterielle Plasmide dienen häufig als „Gen-Taxi“ Für die Transformation werden in den meisten Fällen „Gen-Taxis“, so genannte Vektoren, verwendet. Bakterielle Plasmide ( Seite 34) eignen sich sehr gut dafür. Wie das Einschleusen funktioniert, wird im Folgenden am Beispiel der Herstellung von transgenem Mais erklärt. Das Bodenbakterium Bacillus thuringiensis (kurz als Bt bezeichnet) produziert ein spezielles Eiweiß, welches im Darm von Insekten und deren Larven Gift- wirkung zeigt – die Tiere sterben. Überträgt man dieses Bt-Gen in das Erbgut von Maispflanzen, sind diese vor dem Fraß der Maiszünsler-Larven geschützt, da sie nun selbst fähig sind, Gift zu produzieren. Zur Isolierung des Bt-Gens entfernt man das entsprechende Plasmid aus der Bakterienzelle ( Abb. 28a) und schneidet das Bt-Gen mittels eines spezifi- schen Restriktionsenzyms heraus. Das Bodenbakterium Agrobacterium tume- faciens ( Abb. 28b) dient als Vektor. Es besitzt ein Gen, das sich mit Hilfe eines „genetischen Schlüssels“ (bestimmte Basensequenzen vor und nach dem Gen) in das Genom höherer Pflanzen einschleust und dort das Wachstum eines Tumors bewirkt. Dieses Gen wird mit Hilfe des zur Isolierung des Bt-Gens verwendeten Restriktionsenzyms und einer Ligase durch das Bt-Gen ersetzt ( Abb. 28c). Das neukombinierte (rekombinierte) Plasmid wird wieder in den Vektor integriert ( Abb. 28d) und anschließend in eine Maispflanzenzelle übertragen ( Abb. 28e). Dort baut sich das Bt-Gen in das Erbgut ein ( Abb. 28f). Die Zelle bringt man auf einen Nährboden ( Abb. 28g), auf dem sie sich zu teilen beginnt und zu einem neuen Pflänzchen (Bt-Mais) heranwächst ( Abb. 28h), das nun das für Maiszünsler-Larven tödliche Bt-Gift produziert. 26  Restriktionsenzyme erzeugen a) glatte oder b) klebrige Enden (Schema) 27  Ligation (Verkleben) a) klebriger und b) glatter Enden (Schema)  Restriktionsenzyme 1967 von dem Schweizer Genetiker Wer- ner Arber (geb. 1929) und den US-ameri- kanischen Biochemikern Daniel Nathans (1929–1999) und Hamilton Othanel Smith (geb. 1931) entdeckt, die 1978 für die „Entdeckung der Restriktionsenzyme und ihre Anwendung in der Molekular- genetik“ den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielten restringo (lat.) = zurückziehen  spezifische Basensequenzen Ein bestimmtes Restriktionsenzym kann nur auf eine bestimmte Basensequenz reagieren. Es gibt eine große Fülle unter- schiedlicher Restriktionsenzyme, wes- halb die DNA an vielen verschiedenen Stellen durchtrennt werden kann.  Ligasen ligare (lat.) = verbinden  Transformation Einschleusen von Fremd-DNA-Fragmen- ten; transformare (lat.) = umformen  transgener Mais der Anbau von transgenem Mais ist in Österreich verboten.  Maiszünsler-Larven Der Maiszünsler ist ein Schmetterling; er gehört zu den wirtschaftlich bedeu- tendsten Schädlingen an Mais. Nach Schätzung der Ernährungs- und Land- wirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen vernichten die Raupen welt- weit ca. 7% der jährlichen Maisernte. 28  Gentechnische Herstellung von Bt-Mais (Schema) a b a b Basenpaar und Ligation Ligation a b c f e d g Agrobacterium tumefaciens Bacillus thuringiensis Bt-Gen Tumor-Gen a b e f g h Animation tu65ry Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verl gs öbv