Gentechnik

Was ist Gentechnik?

Als Gentechnik werden Verfahren bezeichnet, mit denen das Erbgut von Lebewesen gezielt künstlich verändert werden kann. Es geht dabei um die Veränderung, die neue Kombination (Rekombination) oder die Übertragung von genetischem Material. Daraus entstehen dann sogenannte gentechnisch veränderte Organismen (GVO).

Diese Übertragung von Erbgut ist sowohl innerhalb einer Art, als auch zwischen verschiedenen Arten möglich. Denn der genetische Code ist bei allen Lebewesen gleich.

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Schon gewusst? Ein Beispiel für einen GVO ist die Anti-Matsch Tomate. Diese wird im Vergleich zur herkömmlichen Tomate nicht so schnell matschig und dadurch länger genießbar.

Wo wird Gentechnik angewendet?

Die Gentechnik kommt in verschiedenen Bereichen zum Einsatz. Je nach Anwendungsgebiet bilden sich dabei verschiedene Gruppen.

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Du unterscheidest die folgenden fünf Kategorien:

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

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.

Dabei verfolgt die grüne Gentechnik zwei grundlegende Ziele:

• Erhöhung der Resistenz einer Pflanze
  Indem bestimmte Resistenzgene in das Erbgut einer Pflanze eingefügt werden, wird sie zum Beispiel resistenter gegen Viren, Bakterien oder Schädlinge. Auch eine niedrigere Empfindlichkeit für Hitze, Kälte oder Trockenheit kann so erreicht werden. Auf diese Weise werden die Erträge einer Ernte gesteigert.
• Verbesserung des Endproduktes
  Nicht nur die Pflanzen, auch die aus ihnen gewonnenen Produkte können mithilfe von grüner Gentechnik verändert werden. So können zum Beispiel bestimmte Inhaltsstoffe entfernt oder hinzugefügt werden, um sie verträglicher oder gesünder zu machen. Aber auch das Aussehen und die Haltbarkeit von Lebensmitteln kann so verbessert werden.

Rote Gentechnik

Die rote Biotechnologie umfasst alle gentechnischen Veränderungen im Bereich der Medizin und der Pharmazie.
Dazu gehören unter anderem die folgenden drei Bereiche:

• Medikamentenherstellung
  Mithilfe von roter Gentechnik ist es möglich, bestimmte Medikamente in großen Mengen zu produzieren. Dafür werden zum Beispiel Mikroorganismen wie Bakterien genetisch verändert. Das bekannteste Beispiel ist die Herstellung von Insulin zur Behandlung von Diabetes.
• Diagnostik
  Gentests helfen bei der Feststellung von Veränderungen im Genom , dem Erbmaterial einer Zelle. Solche Veränderungen sind die Ursache für viele genetische Erkrankungen.
• Gentherapie
  So wird die Behandlung von Krankheiten durch die Übertragung von genetischem Material in den Körper bezeichnet. Es werden dann zum Beispiel defekte Gene ersetzt. Beim sogenannten Gene Editing versuchen Wissenschaftler dagegen, Gene zu reparieren.

Weiße Gentechnik

Die weiße Gentechnik beschreibt den Einsatz biotechnologischer Methoden in der industriellen Produktion. Dazu zählt beispielsweise die Herstellung von Nahrungsmitteln oder Chemikalien mithilfe von Mikroorganismen. 

Beispiele für den Gebrauch von weißer Gentechnik in der Nahrungsmittelproduktion sind:

• Der Einsatz von Hefen bei der Herstellung von Bier (alkoholische Gärung ).
• Der Gebrauch von Enzymen in Waschmitteln.

Graue Gentechnik 

Die graue Biotechnologie wird auch Umweltbiotechnologie genannt. In diesen Bereich fällt vor allem der biologische Abbau von Abfall und Schadstoffen. Dazu zählt:

• Die Reinigung von Wasser.
• Der Abbau von Müll und insbesondere Plastik.
• Die Entfernung von Verunreinigungen durch Schadstoffe.
  In Kläranlagen werden dazu beispielsweise Mikroorganismen eingesetzt, die sich von den Nährstoffen in unserem Abwasser ernähren.

Blaue Gentechnik

Die blaue Gentechnologie wendet gentechnologische Methoden auf im Meer lebenden (marinen) Organismen an. So werden mit ihr einerseits zum Beispiel Fische genetisch verändert, um schneller Gewicht zu gewinnen.

Andererseits werden marine Lebewesen erforscht, die sich an extreme Bedingungen im Meer angepasst haben. Gerade Tiefseebakterien könnten nämlich beispielsweise Enzyme besitzen, die sehr hohe oder tiefe Temperaturen aushalten. Daraus lassen sich unter Umständen Erkenntnisse für die Wissenschaft ziehen.

Wie funktioniert Gentechnik?

In der Gentechnik gibt es verschiedene Methoden zur Veränderung der DNA . Alle haben jedoch gemeinsam, dass sie nach den folgenden zwei Schritten ablaufen:

1. Herstellung genetisch veränderter DNA (Genmanipulation).
2. Direktes oder indirektes Einbringen des modifizierten Erbmaterials in den Organismus.

Die Herstellung genetisch veränderter DNA besteht wiederum aus weiteren einzelnen Schritten.

PCR

Zunächst werden mit der Polymerasekettenreaktion (PCR) bestimmte DNA-Abschnitte vervielfältigt. Diese sind nötig, um später den Zielorganismus zu verändern. Es wird also mithilfe der PCR die Menge des Erbguts vergrößert. So kann dann auch DNA genutzt werden, von der nur eine geringe Startmenge vorhanden ist.

DNA-Sequenzierung

Dank der DNA-Sequenzierung ist es jetzt möglich, die Reihenfolge der einzelnen Basen im DNA-Strang zu ermitteln. Die Entschlüsselung der genetischen Information hilft beispielsweise bei der Erkennung genetischer Erkrankungen.

Oft sind nämlich Mutationen in der DNA der Grund für genetische Defekte. Werden diese genetischen Veränderungen erkannt, können Patienten innerhalb einer Gentherapie richtig behandelt werden.

DNA-Klonierung

Bei der Genmanipulation ist der nächste Schritt nun, 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 werden beide DNA-Stränge mit der gleichen „genetischen Schere“ geschnitten. Dabei entstehen sich überlappende Enden, die mithilfe einer Art Klebstoff wieder zusammengeklebt werden. Statt einer Schere wird allerdings ein Restriktionsenzym genutzt und statt eines Klebstoffs kommen sogenannte Ligasen zum Einsatz.

Mit dieser Methode kann zum Beispiel das menschliche Insulin-Gen zur Produktion von Insulin über ein Plasmid in Bakterien eingebracht werden.

Es liegt jetzt also genetisch veränderte DNA vor.

Direkter und indirekter Gentransfer

Im letzten Schritt muss die per Genmanipulation veränderte DNA noch in den Zielorganismus übertragen werden. Dabei gibt es zwei Arten:

• Den direkten Gentransfer
• Den indirekten Gentransfer

Innerhalb des direkten Gentransfers wird das genetisch veränderte Material direkt von einem zum anderen Organismus übertragen.
Wichtige Methoden sind dabei zum Beispiel:

• Mikroinjektion
  Hier wird das Genmaterial mittels einer Injektion gezielt in eine Zelle übertragen.
• Genkanone
  Bei dieser Methode wird die DNA zunächst auf sehr kleine Partikel übertragen. Mithilfe der sogenannten Genkanone werden die Teilchen dann mit Druckluft beschleunigt und in die Zellen geschossen.

Der indirekte Gentransfer ist die zweite Übertragungsmethode. Er kann zum Beispiel über Vektoren passieren.

Sie funktionieren als Transportmittel für die DNA, als sogenannte „Gen-Fähre“. Dabei handelt es sich bei ihnen meist um Plasmide aus Bakterien oder virale Vektoren, also modifizierte Viren.

Gentechnik — häufigste Fragen

• Was ist die Gentechnik Definition?
  Die Gentechnik ist ein Teilgebiet der Biotechnologie. Sie befasst sich mit Verfahren zur gezielten künstlichen Veränderung des Erbguts (DNA) von Lebewesen. Dabei entstehen sogenannte gentechnisch veränderte Organismen (GVO).
   
• Womit beschäftigt sich die Gentechnik?
  Die Gentechnik (auch Genmanipulation/Gentechnologie) ist ein Teilbereich der Biologie. Sie befasst sich sowohl theoretisch als auch praktisch mit Verfahren zur Isolation, Analyse, Veränderung und Übertragung von Genen eines Organismus.
   
• Was macht die blaue Gentechnik?
  Blaue Gentechnik wird hauptsächlich bei Wasserlebewesen eingesetzt. Momentan wird in diesem Bereich allerdings noch viel geforscht.
   
• Wo kommt graue Gentechnik zum Einsatz?
  Graue Gentechnik kommt vor allem im Umgang mit Abfällen zum Einsatz. Dazu zählt zum Beispiel die Abwasser- und Bodenreinigung und das Recycling von Müll.

CRISPR/Cas

Ein Beispiel für eine Genschere ist das CRISPR/Cas-System. Wie es aufgebaut ist und wie genau es funktioniert, erfährst du in diesem Video und Beitrag!