Erstmal dake für dein gutes Feedback, ich gebe mein Bestes :))

Nun zu deinen Fragen:

ad 1) Die ersten Plasmide, die in der Gentechnologie verwendet wurden, wurden aus der Natur isoliert (d.h. aus Bakterien). Heutzutage verwendet man aber meistens eigens für die Gentechnologie hergestellte Plasmide als Klonierungsvektoren. (Klonierungsvektoren = DNA Stück, mit dem wir ein eingefügtes Gen in einen anderen Organismus bringen) Deren genaue Basensequenz ist bereits bekannt, also kennen wir so ziemlich alle Gene, die darauf liegen. Das bedeutet also, dass das Plasmid, welches verwendet wird, gar nicht von dem Organismus stammt, in den es hinein soll. Das ist ein kleines, aber wichtiges Detail, das ich vorher nicht erwähnt habe. Labore kaufen also fertige Plasmide von Firmen, die diese herstellen, und fügen dann das zuvor isolierte Gen ein. Das neue Plasmid kommt dann in das Bakterium, welches wir modifizieren wollen. In unserem Fall haben wir eben ein Plasmid ausgesucht, welches ein Resistenzgen für Ampicillin trägt. 

Ich hoffe das war nicht zuu verwirrend. Sonst kann ich es gerne noch einmal erklären.

ad 2) Wenn wir diese Plasmide dann in unsere Bakterienkultur geben, nehmen manche das hinzugefügte Plasmid auf, andere nicht. Jedes Bakterium, das unser Plasmid mit dem zu transferierenden Gen (+ dem Antibiotikaresistenzgen) in sich aufgenommen hat, ist nun logischerweise gegen Ampicillin resistent. Wenn wir nun unsere Kultur mit Ampicillin versetzten, sterben alle Bakterien, die unser Plasmid nicht in sich haben. Somit bleiben nur die modifizierten Bakterien übrig. 

Die ganze Sache mit der Ampicillin-Resistenz ist eigentlich nur dazu da, um herauszufinden, welche Bakterien auch wirklich das gewünschte Gen aufgenommen haben. Normalerweise werden dann auch noch andere Methoden wie die Nukleinsäurehybridisierung, die DNA-Sequenzierung, und die Arbeit mit Antikörpern hinzugezogen, um die modifizierten Bakterien ausfindig machen zu können. Das würde dann schon etwas mehr ins Detail gehen.

Falls du noch weitere Fragen haben solltest, gerne.

Hello, 

In diesem Bereich sollte ich dir weiterhelfen können. Ein gutes Beispiel dafür wäre sicherlich das Plasmid pUC19 von Escherichia coli, mit dem man andere Organismen gentechnisch verändern kann. Wenn du möchtest, kann ich dir den Vorgang grob schildern. 

Lg, Eric

Hello,

Ich möchte dir nun eine weit verbreitete Strategie in der Gentechnologie zur Manipulation von DNA erklären, die Genklonierung. Davor werde ich aber noch ein paar wichtige Begriffe erklären, da ich nicht weiß, wie viel Vorwissen du schon besitzt. Ich werde versuchen, Umgangssprache zu benutzen, und unnötige Fachbegriffe zu vermeiden, um den Vorgang möglichst verständlich erklären zu können

Plasmide

Plasmide sind quasi kleine "DNA-Ringe", die zusätzlich zum eigentlichen Erbgut (dem Bakterienchromosom) in Bakterien vorkommen können. Sie unterscheiden sich vom Chromosom dahingehend, dass sie keine lebenswichtigen Gene tragen. Trotzdem sind die Gene, die auf Plasmiden liegen oft sehr hilfreich, wie z.B.: Gene für Antibiotikaresistenzen, Gene, die Virulenzeigenschaften kodieren, usw...      Ein Bakterium hat übrigens im Normalfall mehrere Plasmide, auch mehrere vom gleichen Typ (=Kopien). Plasmide können auch von einer Bakterienzelle zu einer anderen transferiert werden, in einem Vorgang, den man Konjugation nennt (nur als Nebenbemerkung). So können z.B.: Antibiotikaresistenzen zwischen verschiedenen Bakterien weitergegeben werden. All diese Eigenschaften machen Plasmide zu einem wichtigen Werkzeug in der Gentechnologie, dazu später mehr.

Restriktionsenzyme

Dabei handelt es sich um Enzyme, die die DNA an ganz bestimmten Sequenzen (= "Erkennungssequenzen") zerschneiden. Verschiedene Restriktionsnezyme haben unterschiedliche Erkennungssequenzen. Restriktionsenzyme sind eines der wichtigsten Werkzeuge in der Gentechnologie, da man mit ihnen ganz bestimmte DNA Stücke aus einer Probe herausschneiden kann. (und stattdessen andere einsetzen kann)

DNA - Ligasen

Eine DNA - Ligase ist ein Enzym, welches zwei verschiedene DNA Fragmente zusammensetzen kann. Du kannst dir die Ligasen sozusagen als "DNA - Klebstoff" vorstellen. 

Lass uns loslegen!

Nun haben wir die wichtigsten Begriffe geklärt, wir können also endlich mit unserem Experiment beginnen!

Angenommen, wir möchten ein Gen aus einer Qualle in ein Bakterium bringen. Der Mechanismus, den wir dazu verwenden werden, ist die sogenannte Genklonierung. 

Als erstes müssen wir die DNA, die wir ins Bakterium bringen möchten, aus der DNA der Qualle isolieren. Dazu schneiden wir das Gen mithilfe geeigneter Restriktionsenzyme aus der Quallen - DNA heraus. Jetzt können wir das Gen in das Bakterium bringen. (in Wirklichkeit ist der Vorgang komplizierter, aber wir müssen jetzt nicht alles unnötig kompliziert machen)

Jetzt kommen die Plasmide ins Spiel. Wir verwenden nun ein Plasmid, das eigentlich auch Gene für Antibiotikaresistenz (z.B.: Ampicillinresistenz) trägt. Warum? Das wirst du später verstehen. Nun aber müssen wir erstmal das Quallen - Gen in das Plasmid bringen. Dazu scheiden wir das Plasmid mit dem gleichen Restriktionsenzym, das wir vorhin verwendet haben. Jetzt ist im Plasmid ein Spalt, in den wir das Quallen - Gen einfügen können. Wir verwenden dazu das Enzym DNA - Ligase. Es klebt für uns das DNA Fragment mit der Plasmid DNA zusammen, es fügt also die Quallen - DNA in das Plasmid ein. Nun haben wir ein fertiges Plasmid mit unserem Quallen - Gen, das wir nur noch in unser Bakterium bringen müssen. (Meistens wird das Plasmid dann noch mithilfe der Polymerasenkettenreaktion vervielfältigt, damit wir genug davon haben. Nicht schlimm, falls du diesen Vorgang nicht kennst)

Nun geben wir unsere modifizierten Plasmide in eine Bakterienkultur (Reinkultur), in der das Bakterium wächst, das wir modifizieren möchten. Die Bakterien nehmen anschließend die Plasmide auf (dieser Vorgang heißt Transformation). Das funktioniert allerdings nicht bei jedem Bakterium gleich gut.

Woher wissen wir also, welche Bakterien unser Qualle - Gen aufgenommen haben? Jetzt kommt der Clue. Wir haben mit Absicht ein Plasmid gewählt, welches dem Bakterium, das es besitzt, eine Resistenz gegen das Antibiotikum Ampicillin verleiht. Das bedeutet, jedes Bakterium, das unser Plasmid erhalten hat, ist automatisch auch gegen Ampicillin resistent. Wenn wir jetzt unsere Bakterien in einer Kultur wachsen lassen, die Ampicillin enthält, dann überleben nur diejenigen Bakterien, die unser Plasmid erhalten haben.

Damit haben wir eine Kultur mit unseren modifizierten Bakterien, das Experiment ist geglückt, Juhu!

Natürlich kann dieser Vorgang auch mit ganz anderen Genen vollführt werden. Ich habe beispielsweise im Labor Bakterien so modifiziert, dass sie anfangen, zu leuchten.

Falls du mehr Informationen benötigst, oder Fragen zur Genklonierung hast, kannst du mich gerne Fragen.

Lg, Eric