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Biotechnologie und Gentechnik
Grundlagen und Verfahrensweisen
Quelle: BIOLAB - Baden-Württemberg
01.08.2005
Was ist Biotechnologie?
Was ist Gentechnik?
Definition Biotechnologie:
Definition Gentechnik:
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Vielfalt der
Anwendungsgebiete
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Zellen, Gene, Proteine
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Die Arbeit im Labor
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Biotechnologie in der
Forschung
Humangenomforschung- eine
Jahrhundertleistung der Wissenschaft
Bereits
im Februar
2001
- vier Jahre früher wird
als von
Der
Stellenwert
des
Humangenomprojekts
Weltweit
u. a.erwartet
mit Beteiligung
der vorläufige
USA, Frankreichs,
ursprünglich
wurde
die
DNAvielen
Wissenschaftlern
mit
der
Aufstellung
des
Großbritanniens
und Japans
im Jahre 1990 in Angriff
Sequenz
des
Menschen
im
Wissenschaftsmagazin
Nature
Periodensystems
der
Elemente
in
der
Chemie
oder
mit der
genommen
und
von
der
Human
Genome
Organisation
veröffentlicht.
Sie umfasst demnach 3,2 Milliarden
Mondlandung
verglichen.
(HUGO)
koordiniert.
Deutschland
schloss
sichGene
dem
Basenpaare
und enthält
ca. 30,000 bis
40,000
Projekt im Jahr 1995 an .
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Ziele der Genomforschung
•Genome des Menschen, verschiedener Tiere,
Pflanzen und Bakterien erforschen
•Gesamtstruktur des Genoms und Genfunktionen
bestimmen
•Neue Analysemethoden entwickeln
•Evolutionsbiologische Zusammenhänge erfassen
•Ethische Begleitforschung betreiben
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Entzifferung der Basenabfolge
eines Chromosoms
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Gendiagnostik
Ziele
•Genetisch bedingte Krankheitsursachen vor oder
nach der Geburt erkennen
•Genetische Merkmale in Verbindung mit
individuellen Reaktionen auf Medikamente
nachweisen
•Individuen aufgrund genetischer Merkmale
identifizieren ( z.B. in der Rechtsmedizin )
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Gendiagnostik
Funktionsweisen
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Gendiagnostik
Anwendungsgebiete
•Vorgeburtlicher Nachweis von Erbleiden
•Nachgeburtlicher Nachweis: Vorhersage von
Krebs oder Erbleiden
•Nachweis genetischer Faktoren für
individuelle Reaktionen auf Medikamente
(Pharmakogenetik)
•Test auf Gewebeverträglichkeit
(Transplantationsmedizin)
•Vaterschaftsnachweise, Rechtsmedizin
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(genetischer
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Gendiagnostik
Humangenetische Testverfahren

Krankheitsursachen werden schnell und
präzise erkannt durch Genom und/oder
DNA – Analyse auf dem pränatalen oder
postnatalen Weg. Beratungen über die
Verfahrensweisen gibt es beim Arzt oder
den Beratungsstellen der Universitäten
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Gendefekte beim Menschen
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Das Karyogramm des Menschen
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Gendiagnostik
Pro und Contra
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Pharmakogenetik
Ziele
Neue Wirk- und Impfstoffe finden und
verfügbar machen
Wirksamkeit und Verträglichkeit steigern
Arzneimittel umweltfreundlicher und mit
weniger Aufwand herstellen
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Pharmakogenetik
Beispiele gentechnisch produzierter
Arzneimittel
Erythroprotein (EPO): Blutarmut, Doping
Humaninsulin: Zuckerkrankheit
Interferon: Virus- und Krebstherapie
Hepatitis B – Antigen: Vorbeugung gegen
Hepatitis
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Pharmakogenetik
Verfahrensweisen
Gene für Eiweißstoffe, aus denen die
Arzneimittel gewonnen werden, werden in
Bakterien oder höhere Zellen übertragen,
die diese dann in größeren Massen
produzieren
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Pharmakogenetik
Verfahrensweisen
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Pharmakogenetik
Diskussion






 Pro
Neue Behandlungsstrategien
Bessere Verfügbarkeit
Vermindertes
Infektionsrisiko
Höhere Wirksamkeit
Geingere Nebenwirkungen
Umweltfreundlichere und
wirtschaftlichere Herstellung
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

 Contra
Verdrängung alternativer
Behandlungswege
Missbrauch rekombinanter
Hormone (z.B. EPO) im
Leistungssport
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Gentherapie
Methoden
1) Somatische Gentherapie
2) Keimbahn - Gentherapie
Ad 1) : Erlaubt, weil nur Körperzellen
therapiert werden, nicht vererbbar.
Ad 2) : Verboten, weil Ei und Samenzellen
therapiert werden, vererbbar!
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Gentherapie
Ziele
Heilung von Krankheiten und
Veränderung von Eigenschaften auf
genetischer Ebene, d.h. durch
Einpflanzen von oder Manipulation des
genetischen Materials eines Menschen
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Gentherapie
Funktionsweisen
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Gentherapie
Anwendungsgebiete
Behandlung von Krebs,
Infektionskrankheiten, Herz –
Kreislauferkrankungen, Erbleiden, etc.
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Gentherapie
Diskussion




Pro
Ursächliche Behandlung
bislang unheilbarer
Krankheiten
Eröffnung neuer
Behandlungswege
Überprüfung der Risiken
und Wirksamkeit bestimmter
Behandlungsformen
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




Contra
Zeitlich begrenzte Wirkung oder
ausbleibender Erfolg
Ungezielter Einbau in das Erbgut
kann Krebs zur Folge haben
Schwere
Unverträglichkeitsreaktionen
gegen Übertragungsvehikel
Gefahr der Anwendung auf
menschliche Keimzellen
(Keimbahntherapie)
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Stammzellforschung
Definition
Ziele
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Stammzellforschung
Funktion
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Anwendung
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Stammzellforschung
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Stammzellforschung
Diskussion




Pro
Erkenntnisgewinn über
grundlegende biologische
Prozesse.
Stammzellen als Testsystem
für die Entwicklung neuer
Medikamente.
Neue Perspektiven für die
Heilung beschädigter und
erkrankter Organe.
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


Contra
Ethische Probleme der Erzeugung
von Embryonen allein zu
Forschungszwecken.
Ergebnisse können technische
Möglichkeiten des Klonens des
Menschen und genetische
Eingriffe in die Keimbahn
erweitern.
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Tissue Engineering
Definition
T.E.=„Gewebekonstruktion“, d.h. die Kultur und
Vermehrung von Zellen und Geweben von Mensch
und Tier außerhalb des Körpers. Neue
Perspektiven für die Transplantationsmedizin
Ziele
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Tissue Engineering
Funktionsweisen
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Tissue Engineering
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Tissue Engineering
Diskussion





Pro
Besser Übertragbarkeit von
Ergebnissen der
Grundlagenforschung auf die
Situation im menschlichen
Organismus
Übertragung von Eigengewebe
umgeht Problem des
Spenderorganmangels
Keine Abstoßung von
Transplantaten
Ersatz für Tierversuche
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

Contra
Ethische Risiken des Einsatzes
embryonaler Stammzellen für die
Züchtung von Geweben und Organen
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Xenotransplantation
Definition
Einsatz tierischer Organe für die
Transplantationsmedizin, insbesondere das
Hausschwein kommt als Organspender in Betracht
Verfahren
Züchtung von transgenen Schweinen deren
Zelloberflächen best. Organe einen menschlichen
Eiweißstoff enthalten. Nach Transplantationen in
Menschenaffen blieb eine Abstoßungsreaktion aus.
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Xenotransplantation
Risiken
Ungewolltes Einschleusen von tierischen
Krankheitserregern, z.B. Retroviren. Gefahr der
Durchbrechung der Artenbarriere dieser Viren!
Berüchtigtes Beispiel: Das AIDS – Virus
aktuelle Gefahr: Das Vogelgrippenvirus in Asien
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Xenotransplantation
Hypothetisches Beispiel
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Pflanzenzüchtung
Ziele
Ertragssteigerung
Höhere Widerstandsfähigkeit
Qualitätsverbesserung
Kurze Generationszeit
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Pflanzenzüchtung
Methoden
Kombinationszüchtung (das Kombinieren
von positiven Eigenschaften durch
Kreuzung)
Mutationszüchtung (das Hervorrufen
gewollter Mutationen durch
Chemikalien oder Strahlung und deren
Weitervererbung)
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Pflanzenzüchtung
Methodenbeispiel
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Biotechnologische Methoden
in der Pflanzenzüchtung
Die Herstellung transgener Pflanzen
3 mögliche Verfahrensweisen zur Einbringung
von Genen in Pflanzen:
• Über Plasmide (Agrobacterium
tumefaciens)
• Über eine Partikelkanone
• Über Injektion in Protoplasten
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Biotechnologische Methoden
in der Pflanzenzüchtung
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Biotechnologische Methoden
in der Pflanzenzüchtung
• Virusresistenz
Ziele
• Pilzresistenz
• Insektenresistenz (Beispiel: Bt – Toxin)
• Herbizidtoleranz
• Qualitätssteigerung ( angereicherter Reis )
• Rohstoff für die Energieversorgung
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(Rapsöl)
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Biotechnologische Methoden
in der Pflanzenzüchtung
Sicherheitsaspekte
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Biotechnologische Methoden
in der Pflanzenzüchtung
Anbaustatistik
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Transgene Pflanzen
Diskussion
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Biotechnologische Methoden
in der Tierzüchtung
Reproduktionstechniken
•
Künstliche Besamung (Einführen des Spermas in
das weibliche Tier)
•
In – vitro – Befruchtung (Befruchtung außerhalb
des Körpers)
•
Superovulation (Stimulierung einer hohen Zahl
von Eizellen)
•
Ammentiere (Austragen in Leihmuttertieren)
•
Klonierung ( Embryosplitting oder Kerntransfer)
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Biotechnologische Methoden
in der Tierzüchtung
Klonierung durch Kerntransfer
Bestätigung dieser
Methode auch an
anderen Tieren: Rind,
Ziege, Maus, Schwein.
Jedoch für Tierzucht
wenig effektiv, da nur
jedes 250 Tier
lebensfähig ist.
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Biotechnologische Methoden
in der Tierzüchtung
Transgene Tiere
Mikroinjektion von Genen in die
befruchtete Eizelle
Methode möglich, jedoch wenig
effektiv: Nur 0,75 % aller Zygoten
entwickeln sich zum lebensfähigen
Tier (Beispiel : Rind)
Die Kosten sind enorm:
Die Herstellung eines transgenen
Rindes kostet zwischen 0,5 und 1
Mio US – Dollar.
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Info: Transgene Lachse
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