Genetik
Methoden: Grundlagen
 – Video

Bei der Klonierung vervielfältigst du bestimmte DNA-Abschnitte. Wie genau das funktioniert, erfährst du in diesem Artikel! Wenn du den Ablauf besser anhand von Bildern verstehst, gibt es hier das Video für dich!

Klonierung einfach erklärt

Von der Klonierung (auch DNA-Klonierung) sprichst du, wenn du bestimmte Abschnitte der DNA vervielfältigst. Diese Methode wird häufig in der Molekularbiologie eingesetzt. Zur identischen Vervielfältigung baust du dein Zielgen in einen sogenannten Vektor ein. Unter einem Vektor verstehst du in der Biologie eine Art Transportmittel. Dafür verwendest du häufig Plasmide . Das sind kleine ringförmige doppelsträngige DNA-Moleküle aus Bakterien

So kannst du viele identische DNA Moleküle herstellen und nennst das Klonierung. Diese Methode kannst du zum Beispiel zur Produktion von Genprodukten (z.B. Insulin) verwenden. Davon unterscheiden solltest du den Begriff Klonen. Denn beim Klonen geht es um die identische Vermehrung ganzer Organismen. 

Klonierung Definition

Der Begriff Klonierung (auch Klonieren, engl. molecular cloning) beschreibt in der Molekularbiologie die Vervielfältigung von DNA-Abschnitten mithilfe eines Vektors.

Klonierung Ablauf

Es gibt verschiedene Verfahren, um DNA zu klonieren. Spezielle Verfahren sind zum Beispiel die TOPO Klonierung oder die Gateway Klonierung. 

Die typische Genklonierung verläuft zusammengefasst wie folgt:

  1. Schritt: DNA-Abschnitt und Plasmid zerschneiden (Restriktion)
  2. Schritt: Plasmid wieder „zusammenkleben“ (Ligation)
  3. Schritt: Plasmid in Bakterien einbringen (Transformation)
  4. Schritt: Bakterien auswählen und vermehren (Selektion)

Schauen wir uns die einzelnen Schritte noch einmal im Detail an. 

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Klonierung Ablauf

DNA schneiden

Als erstes brauchst du einen DNA-Abschnitt (Zielgen ), den du vermehren möchtest. Diese DNA kann aus dem Erbgut aus deinen Zellen (Genom) stammen. Das kann beispielsweise das menschliche Insulin-Gen sein. Um genug von deinem gewünschten Fragment zu erhalten, führst du zur Vervielfältigung eine sogenannte PCR (Polymerasekettenreaktion) durch. Gleichzeitig benötigst du einen Klonierungsvektor, in den du dein DNA-Stück einfügst. Das kann zum Beispiel ein bakterielles Plasmid sein. Dann schneidest du beide DNA-Moleküle mit dem gleichen Restriktionsenzym in einem sogenannten Restriktionsverdau. Das kannst du dir am besten bildlich vorstellen: Eine molekulare Schere zerschneidet beide DNA-Stücke auf die gleiche Art. Dabei entstehen versetzte oder sich überlappende Enden. 

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Restriktion

Plasmid „zusammenkleben“

Die überlappenden Enden sind wichtig für den nächsten Schritt. Denn die Enden des DNA-Fragments und des offenen Plasmidvektors passen jetzt perfekt zusammen. Mithilfe eines Enzyms namens Ligase, klebst du die Enden einfach zusammen. Die Ligase kannst du dir also wie eine Art Klebstoff vorstellen. Den Vorgang bezeichnest du als Ligation.

So entsteht ein Plasmid, in das du deinen DNA-Abschnitt (Insert) eingebaut hast. Weil du so zwei verschiedene DNA-Moleküle neu miteinander kombiniert hast (= Rekombination ), ist daraus ein rekombinantes Plasmid entstanden. 

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Ligation

Plasmid in Bakterien einbringen

Im nächsten Schritt geht es darum, das Plasmid bzw. deine DNA zu vermehren. Dazu bringst du das Plasmid zum Beispiel in ein Bakterium, wie Escherichia coli ein. Diesen Prozess bezeichnest du als Transformation. Damit die Bakterien den Vektor aufnehmen, muss ihre Zellwand durchlässig gemacht werden. Das funktioniert beispielsweise durch eine hohe Spannung. 

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Transformation

Bakterien auswählen

Aber wie findest du jetzt heraus, welches Bakterium dein Plasmid wirklich aufgenommen hat? Dazu gibt es einen Trick. Und zwar markierst du das Plasmid vorher mit einem sogenannten Resistenzgen. Das kann zum Beispiel eine Resistenz gegen ein Antibiotikum sein. Eigentlich ist das Antibiotikum giftig für die Bakterien und in seiner Anwesenheit können sie nicht wachsen. Haben die Bakterien das Plasmid  aufgenommen, verleiht es ihnen allerdings einen Schutz gegen das Antibiotikum. Das bedeutet, dass bei allen wachsenden Bakterien die Transformation funktioniert hat. Die kannst du dann auswählen (= Selektion) und vermehren. Sie produzieren nun viele identische Kopien des Plasmids mit deinem Zielgen. Das Plasmid bzw. dein DNA-Stück kannst du dann isolieren. 

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Selektion

Klonierung Anwendung

Für die Klonierung gibt es neben der reinen Vervielfältigung von DNA verschiedene Anwendungsmöglichkeiten in der Molekularbiologie. Zum Beispiel können Gene untersucht werden, Organismen gentechnisch verändert werden oder bestimmte Proteine produziert werden. Ein wichtiges Beispiel dafür ist die Herstellung von Insulin zur Therapie von Diabetes (Zuckerkrankheit). Jetzt weißt du, wie man DNA künstlich rekombinieren kann. Wenn du erfahren möchtest, wo Rekombination in der Natur vorkommt, dann schau dir gerne dieses Video an!

Zum Video: Rekombination
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