Begegnungen mit der Natur 8, Schulbuch

Restriktionsenzyme 1967 von demSchweizer GenetikerWerner Arber (geb. 1929) und den US-amerika­ nischen 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, weshalb die DNA an vielen verschiedenen Stellen durchtrennt werden kann. Ligasen ligare (lat.) = verbinden Transformation Einschleusen von Fremd-DNA-Fragmenten transformare (lat.) = umformen transgener Mais Organismen werden transgen genannt, wenn sie ein Gen einer anderen Art zu­ sätzlich eingeschleust bekommen haben; der Anbau transgener Pflanzen ist in Österreich verboten (siehe Seite 96). Maiszünsler-Larven Der Maiszünsler ist ein Schmetterling; er gehört zu den wirtschaftlich bedeutends­ ten Schädlingen an Mais. Nach Schätzung der Ernährungs- und Landwirtschafts­ organisation der Vereinten Nationen vernichten die Raupen weltweit ca. 7% der jährlichen Maisernte. 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 (siehe Seite 28). Restriktionsenzyme sind„genetische Scheren“ Restriktionsenzyme (aus Bakterien gewonnen) werden zum „Herausschneiden“ 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 (doppelsträngige) oder klebri­ ge (einzelsträngig überstehende) Enden (siehe Abb. 25). Ligasen sind„genetische Klebstoffe“ Ligasen sind Enzyme, die das Verknüpfen von Molekülen katalysieren. In der Gen­ technik 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 (siehe Seite 42) eignen sich sehr gut dafür. Wie das Einschleusen funktioniert, wird im Folgenden am Beispiel der Her­ stellung von transgenemMais erklärt. Das Bodenbakterium Bacillus thuringiensis (kurz als Bt bezeichnet) produziert ein spezielles Eiweiß, welches im Darm von Insekten und deren Larven Giftwirkung zeigt – die Tiere sterben. Überträgt man dieses Bt-Gen in das Erbgut von Mais­ pflanzen, 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 Bak­ terienzelle (Abb. 27a) und schneidet das Bt-Gen mittels spezifischen Restriktions­ enzyms heraus. Das Bodenbakterium Agrobacterium tumefaciens (Abb. 27b) dient als Vektor. Es besitzt ein Gen, das sich mit Hilfe eines „genetischen Schlüssels“ (be­ stimmte 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. 27c). Das neukombinierte (rekombinierte) Plasmid wird wieder in den Vektor integriert (Abb. 27d) und anschließend in eine Maispflanzenzelle übertragen (Abb. 27e). Dort baut sich das Bt-Gen in das Erbgut ein (Abb. 27f). Die Zelle bringt man auf einen Nährboden (Abb. 27g), auf dem sie sich zu teilen beginnt und zu einem neuen Pflänzchen (Bt-Mais) heranwächst (Abb. 27 h), das nun das für Maiszünsler-Larven tödliche Bt-Gift produziert. 26  Ligation (Verkleben) a) klebriger und b) glatter Enden (Schema) 27  Gentechnische Herstellung von Bt-Mais (Schema) Herstellung von transgenem Mais 9c69f9 a b 25  Restriktionsenzyme erzeugen a) glatte oder b) klebrige Enden (Schema) Bacillus thuringiensis a b Basenpaarung und Ligation Ligation Agrobacterium tumefaciens Bt-Gen Tumor-Gen g h 85 Genetische Umformung durch Veränderung der Erbsubstanz Arbeitsheft Seite 29 M Nur zu Prüfzwecken – Eige tum des Verlags öbv