Gentechnik

Was ist Gentechnik?

Unter der Gentechnik verstehst du Verfahren, mit denen du das Erbgut (DNA ) von Lebewesen gezielt künstlich verändern kannst. Daraus entstehen sogenannte gentechnisch veränderte Organismen (GVO). In der Gentechnologie geht es dabei um die Veränderung, die neue Kombination (Rekombination ) oder das Übertragen von genetischem Material. Du kannst sowohl Erbgut innerhalb einer Art, als auch zwischen verschiedenen Arten übertragen. Das funktioniert, da der genetische Code bei allen Lebewesen der Gleiche ist. Als Beispiel für einen GVO kannst du dir die Anti-Matsch Tomate merken. Sie ist im Vergleich zur herkömmlichen Tomate nicht so schnell matschig und dadurch länger genießbar. 

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Wo wird Gentechnik angewendet?

Die Methoden der Gentechnik finden sehr viele verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Du kannst sie nach ihren Anwendungsgebieten in fünf verschiedene Bereiche einteilen. Dabei unterscheidest du die Gebiete nach folgenden Farben: 

• grüne Gentechnik: Pflanzenzüchtung (Agrotechnik)
• rote Gentechnik: Medizinische Biotechnologie
• weiße Gentechnik: Industrielle Biotechnologie
• graue Gentechnik: Umweltbiotechnologie
• blaue Gentechnik: Aquatische Biotechnologie

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Schauen wir uns jetzt die einzelnen Arten einmal genauer an.

Rote Gentechnik

Die rote Biotechnologie umfasst alle gentechnischen Veränderungen, im Bereich der Medizin und der Pharmazie. Dazu gehören unter anderem die Herstellung von Medikamenten, die Diagnostik von genetischen Erkrankungen und die Gentherapie. 

• Medikamentenherstellung: Indem du Mikroorganismen wie Bakterien genetisch veränderst, ist es möglich bestimmte Medikamente in großen Mengen zu produzieren. Das bekannteste Beispiel ist die Herstellung von Insulin zur Behandlung von Diabetes. 
• Diagnostik: Du kannst Gentests verwenden, um Veränderungen im Genom – dem Erbmaterial einer Zelle – festzustellen. Solche Veränderungen sind die Ursache für viele genetische Erkrankungen. 
• Gentherapie: Darunter verstehst du die Behandlung von Krankheiten durch die Übertragung von genetischem Material in den Körper. So kannst du zum Beispiel defekte Gene „ersetzen“. Beim sogenannten Gene Editing versuchen Wissenschaftler, Gene zu reparieren. 

Weiße Gentechnik

Die weiße Biotechnologie beschreibt den Einsatz biotechnologischer Methoden in der industriellen Produktion. Darunter verstehst du beispielsweise die Herstellung von Nahrungsmitteln oder Chemikalien mithilfe von Mikroorganismen. 

Gentechnik steckt also auch in unseren Lebensmitteln. Beispiele hierfür sind der Einsatz von Hefen für die Herstellung von Bier (alkoholische Gärung ) oder von Enzymen in Waschmitteln. 

Graue Gentechnik 

Bei der grauen Biotechnologie, auch Umweltbiotechnologie geht es vor allem um den biologischen Abbau von Abfall und Schadstoffen. Dazu gehört die Reinigung von Wasser, der Abbau von Plastik oder grundsätzlich von Müll. Außerdem zählst du die Entfernung von Verunreinigungen durch Schadstoffe zur grauen Gentechnik. In Kläranlagen werden dazu beispielsweise Mikroorganismen eingesetzt, die sich von den Nährstoffen in unserem Abwasser ernähren können. 

Blaue Gentechnik

Die blaue Gentechnologie befasst sich mit Methoden, die bei im Meer lebenden (marinen) Organismen eingesetzt werden können. Die Erforschung von marinen Lebewesen, die sich an extreme Bedingungen im Meer angepasst haben, soll neue biologische Substanzen für den Einsatz in technischen Prozessen bieten. Gerade Tiefseebakterien könnten beispielsweise Enzyme mit speziellen Eigenschaften enthalten. Die Enzyme müssen in diesen Organismen sehr hohe oder tiefe Temperaturen aushalten. 

Grüne Gentechnik

Das größte Teilgebiet der Gentechnik ist die grüne Gentechnik . Dazu gehören alle Methoden zur gentechnischen Veränderung von Pflanzen – vor allem der Einsatz von Gentechnik in der Landwirtschaft. Hast du schon mal was von der Anti-Matsch Tomate oder Golden Rice gehört? Wenn du mehr über dieses Gemüse und die Pflanzenzüchtung erfahren möchtest, gibt es hier mehr zum Thema!

Wie funktioniert Gentechnik?

Es gibt verschiedene Methoden in der Gentechnik zur Veränderung der DNA. Die zwei grundsätzlichen Schritte sind:

1. Die Herstellung genetisch veränderter DNA
2. Das direkte oder indirekte Einbringen des modifizierten Erbmaterials in den Organismus 

Schauen wir uns die häufigsten Methoden zur Veränderung und Übertragung der DNA im Detail an. 

PCR

Die Polymerasekettenreaktion (PCR) ist eine Methode, um bestimmte DNA-Abschnitte zu vervielfältigen. So hast du die Möglichkeit die Menge des Erbguts zu vergrößern. Die DNA benötigst du nämlich, um deinen Zielorganismus damit zu verändern. Mithilfe der PCR kannst du also auch DNA benutzen, von der du nur eine geringe Startmenge hast.  Wie das PCR-Verfahren genau funktioniert, erfährst du in unserem Video dazu! Schau vorbei!

DNA-Sequenzierung

Mithilfe der DNA-Sequenzierung ist es dir möglich, die Reihenfolge der einzelnen Basen in deinem DNA-Strang zu ermitteln. Die Entschlüsselung der genetischen Information hilft dir beispielsweise bei der Erkennung genetischer Erkrankungen. Oft sind Mutationen in der DNA der Grund für genetische Defekte. Nur, wenn du weißt was verändert ist, kannst du den Patienten durch eine Gentherapie richtig behandeln. Mehr Details über das Verfahren der DNA-Sequenzierung findest du in diesem Video!

DNA-Klonierung

Bei der Genmanipulation geht es oft darum, einen DNA-Strang zu verändern und in einen Organismus zu übertragen. Dazu dient die DNA-Klonierung . Darunter verstehst du das Einsetzen eines DNA-Stücks in einen bakteriellen DNA-Ring (Plasmid ). Dafür schneidest du beide DNA-Stränge mit der gleichen „genetischen Schere“ (= Restriktionsenzym ). Dabei entstehen sich überlappende Enden, die du mittels einer Art Klebstoff – sogenannte Ligasen – wieder zusammenkleben kannst. So kannst du zum Beispiel das menschliche Insulin-Gen zur Produktion von Insulin über ein Plasmid in Bakterien einbringen. Wenn du dir die Klonierung noch einmal Schritt für Schritt anschauen möchtest, findest du hier das Video dazu.

Genome Editing: CRISPR/Cas

Unter Genome Editing verstehst du Techniken für die gezielte Veränderung des Erbguts von Mikroorganismen (weiße Gentechnik), Pflanzen (grüne Gentechnik) und Tieren oder Menschen (rote Gentechnik). Die bekannteste und neueste Methode ist die sogenannte CRISPR-Cas Methode . CRISPR-Cas ist eigentlich ein Verteidigungssystem von Bakterien. Dadurch können sie fremde DNA gezielt zerschneiden und abbauen. Du kannst die gleichen Enzyme aber auch dazu einsetzen, um DNA an einer bestimmten Stelle gezielt zu verändern. Dazu gehört das Einfügen, Entfernen oder Ausschalten bestimmter Gene mithilfe der Enzyme. Wenn du noch mehr über die CRISPR-Cas Methode lernen willst, schau mal hier rein.

Direkter Gentransfer

Nachdem du die DNA verändert hast, musst du sie noch in den Zielorganismus übertragen. Das genetisch veränderte Material kann dabei direkt von einem zum anderen Organismus übertragen werden. Wichtige Methoden dafür sind zum Beispiel die Mikroinjektion oder die sogenannte Genkanone. Bei der Mikroinjektion überträgst du das Genmaterial mittels Injektion gezielt in eine Zelle. Mit der Genkanone kannst du, wie der Name schon sagt, Zellen beschießen. Dazu wird die DNA auf sehr kleine Partikel übertragen, mit denen du dann schießen kannst. Dabei werden die Teilchen durch die Kanone mit Druckluft beschleunigt und so in die Zellen übertragen. 

Indirekter Gentransfer durch Vektoren

Du kannst die Gene auch indirekt auf einen anderen Organismus übertragen. Dazu verwendest du beispielsweise Vektoren. Darunter kannst du dir eine Art „Gen-Fähre“  vorstellen, also ein Transportmittel für die DNA. Oft sind das Plasmide aus Bakterien oder virale Vektoren (modifizierte Viren). Wenn du genauer wissen möchtest, wie ein Plasmid aufgebaut ist und wie du es als Transportmittel nutzen kannst, dann gibt es hier das richtige Video für dich!