Language
Country/Area
No result found
Mysteriöse Geninsertionstechnologie: Wie verändern Wissenschaftler die DNA präzise?
Durch die Entwicklung der Gentechnik ist es möglich geworden, das Genom von Tieren und Pflanzen zu verändern. Wissenschaftler können nun Gene auf vielfältige Weise einfügen, löschen und verändern. Hinter dieser Fähigkeit stecken jahrelange Forschungen zur Genfunktion und ihrer Manipulation. Durch die rasante Entwicklung der Gentechnologie sind Wissenschaftler in der Lage, Modifikationen präzise durchzuführen, was der Vorstellungskraft für zukünftige wissenschaftliche und landwirtschaftliche Entwicklungen grenzenlosen Spielraum eröffnet.
Die Schaffung eines transgenen oder bearbeiteten Organismus erfordert die sorgfältige Ausführung mehrerer Schritte, von der Auswahl des Gens bis zu seiner Isolierung und Einbindung in einen geeigneten Vektor, der dann zum Einfügen des Gens in das Wirtsgenom verwendet wird.
Die Gentechnik basiert auf mehreren wissenschaftlichen Entdeckungen, darunter Restriktionsenzyme, DNA-Ligasen sowie die Entwicklung der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und Sequenzierungstechnologien. Mit diesen Werkzeugen können Gene nicht nur effizient, sondern auch präzise manipuliert werden. Im Vergleich zur alten zufälligen Einfügungstechnologie kann die moderne Technologie den Einfügungspunkt genauer lokalisieren und unnötige Nebenwirkungen reduzieren.
Traditionell verlassen sich Wissenschaftler auf Techniken wie meiotische Endonukleasen und Zinkfingernukleasen, die den Prozess der Geninsertion komplex und schwer kontrollierbar machen. Seit 2009 hat die Präzision der TALEN- und CRISPR-basierten Cas9-Systeme all dies deutlich verbessert und die Genauigkeit und Effizienz der Genom-Editierung deutlich erhöht.
Geschichte der Gentechnik
Die menschliche Manipulation von Genen lässt sich auf die künstliche Selektion in der antiken Landwirtschaft zurückführen. Schon 12.000 v. Chr. nutzten die Menschen künstliche Selektion, um genetische Veränderungen bei Pflanzen und Tieren herbeizuführen. Im Laufe der Zeit hat sich unser Verständnis von der Funktionsweise der Gene weiterentwickelt. Zu diesen Erkenntnissen zählen unter anderem die frühen Arbeiten zu den Mendelschen Vererbungsgesetzen und die bahnbrechende Entdeckung der DNA als genetisches Material im Jahr 1944.
Mendels erste veröffentlichte Versuchsergebnisse stammen aus dem Jahr 1865. Sie enthüllten die Gesetze der genetischen Vererbung und läuteten die Ära der modernen Genetik ein.
Wissenschaftliche und technologische Fortschritte im 20. Jahrhundert förderten die Entwicklung der Genetik weiter. So ebnete beispielsweise die Entdeckung von Restriktionsendonukleasen und DNA-Ligasen den Weg für die rekombinante DNA-Technologie, mit der nicht nur Gene gespleißt, sondern auch neue Genkombinationen gebildet werden können. . Später entwickelte Kary Mullis im Jahr 1983 die PCR-Technologie, die es Wissenschaftlern ermöglichte, bestimmte DNA-Fragmente schnell und effizient zu amplifizieren und sie anschließend zu untersuchen und zu modifizieren.
Zielgen auswählen
Bevor Sie eine Genbearbeitung durchführen, müssen Sie zunächst das einzufügende Zielgen bestimmen. Dieser Prozess wird häufig durch die spezifischen Anforderungen der Wissenschaftler an Zielorganismen bestimmt. Dabei kann es sich um nur ein oder zwei Gene handeln, aber auch um einen komplexeren Biosyntheseweg. Sobald die Gene identifiziert sind, können Wissenschaftler Gene aus verschiedenen Organismen zur Speicherung und Veränderung in Bakterien einfügen.
Forscher ermitteln die besten Kandidatengene durch Genscreening und -vergleich, was die Genanalyse und das Gen-Mining erleichtert und somit Unterstützung für nachfolgende Experimente bietet.
Beispielsweise könnten Wissenschaftler bei Organismen, die normalerweise nicht zu Mutationen neigen, auf natürliche Weise mutiert sein und dann einzelne Individuen für eine genauere Untersuchung auswählen. Durch das Screening der Zielgene wird außerdem deren Ähnlichkeit mit bekannten Genen auf Grundlage ihrer Funktionen ermittelt und so die einzufügenden Gene ausgewählt. Mit den Fortschritten in der Genomik haben Microarrays und die Genomsequenzierung das Screening deutlich effizienter und einfacher gemacht.
Technologie zur Genmanipulation
Jeder Prozess der Gentechnik beinhaltet eine präzise Modifikation der DNA. Zunächst müssen die Wissenschaftler die DNA aus den Zellen extrahieren. Dabei handelt es sich normalerweise um einen Prozess, bei dem die Zellen chemisch aufgebrochen und die DNA beispielsweise durch Zentrifugation von anderen Zellbestandteilen getrennt wird. Nach der Extraktion muss das Zielgen abgetrennt werden, normalerweise durch schrittweises Schneiden in kleine Fragmente mit Hilfe von Restriktionsendonukleasen.
Bei der eigentlichen Extraktion und Modifizierung von Genen verwenden Forscher Enzyme wie RNase, um kontinuierliche und präzise Vorgänge durchzuführen, die sicherstellen, dass die erhaltenen DNA-Fragmente vollständig und intakt sind, und führen dann mehrere Screening- und Klonierungsvorgänge durch.
Um bei diesem Verfahren eine effektive Expression des eingefügten Gens zu ermöglichen, ist es normalerweise notwendig, dem konstruierten Gen Promotor- und Terminatorbereiche hinzuzufügen. Diese zusätzlichen Elemente helfen bei der Regulierung der Expression und Funktion von Genen. Sobald das Gen konstruiert ist, muss es in das Wirtsgenom eingefügt werden. Dieser Prozess erfolgt mit Hilfe unterschiedlicher Techniken, je nach Zielorganismus.
Zukunftsaussichten
Die Entwicklungen im Bereich der Gentechnik haben ein neues Kapitel in der Biotechnologie aufgeschlagen. Von gentechnisch veränderten Pflanzen bis hin zur Entwicklung von Tiermodellen wird die Technologie der Genomeditierung in vielen Bereichen breit eingesetzt, etwa in der Landwirtschaft, der Medizin und den Umweltwissenschaften. Können wir angesichts der fortschreitenden Technologie in Zukunft mit neueren Durchbrüchen in der Gentechnik rechnen?
