Frontlinien der molekularen Biologie

Transkript

1 Frontlinien der molekularen Biologie

2 Inhalt: 1. Reportergene 2. Nervennetz 3. Hypothetische transgenetische Systeme 4. Genetischer Code : stumme Stellen 5. Synthetisches Leben 6. Die Metagenomik

3 1 a. LacZ - Gen b. Luciferase c. Fluoreszent Protein Gene

4 lacz - Gen - In eukaryoten Zellen 2 DNA P lacz T DNA ER -gal Zellkern Zytoplasma Kernmembran

5 3

6 4 Luciferase Lumineszenz Detektor (Luminometer) Verwendung: 1.Lösung 2. Zucht-Zellen 3. In vivo

7 Green Fluorescent Protein 5 (GFP)

8 Green Fluoreszent Protein Nobelpreis

9 GFP Gen Aequorea victorea (Medusen Art) 7

10 GFP Gen Aequorea victorea 8

11 GFP 9 ER Plasmid P gfp T Plasmid GFP Zellkern Zytoplasma Kernmembran

12 GFP Gen 10 Promoter gfp T Transfektion

13 Genetisch modifizierte Fluoreszenz Proteine 11 A. A. victorea: GFP: Codon-Nutzung (Säugetier), Chromophor-Region (Adaptiert an FITC -Filter) B. A. victorea: Andere Farben (Modifizierung der Chromophor-Region): EBFP, EYFP, ECFP C. Dictiosoma sp: DsRed, DsRed2, mrfp D. Aus anderen Arten der Cnidaria gattung stammende Ffluoreszenz Proteine: Cerulean, Teal,,Cherry)

14 RFP und GFP produzierende Mäuse 12

15 13 RFP expressierende Maus

16 Leuchtende Tiere D16 14 Weiblicher Pronukleus Zygote Männlicher Pronukleus DNA Implantation in die austragende Mutter

17 GloFish D16 15

18 Malaria-resistente Mücke D16 Plasmodium sp. 16 Fitter und resistent

19 17 Gewebe- und Zellen-spezifische Genexpression GFP bemerkbar: (1) In allen Arten der Nervenzellen (2) In nur einer bestimmten Nervenzellen-Art

20 18 Markierung von Zellenstrukturen

21 19 Intrazellularer Transport

22 2. Nervennetze

23 P gfp T Herpes Víren: Erkundung der Nervennetze 20 Glykoprotein Stachel DNA Kapsid Hülle Virus DNA

24 Extrazellularer Raum 21

25 21 Zytoplasma Extrazellularer Raum Zellkern

26 Zellkern Zytoplasma 21

27 Zellkern Zytoplasma 21

28 Herpes Virus 22

29 GFP expressierender Herpes Virus 23 Herpes Virus Trans-synaptische Verbreitung post-synaptischer Neuron primärer senso-neuron

30 Látókéreg V1 Sehrinde 24

31 V1 Sehrinde 25

32 mem-gfp 26

33 D16 Mehrfarbige Virus Markierung (Rainbow) 27

34 Untersuchung des 28 Funktionmechanismus der Nervennetze (1) EEG: schlechte Auflösung (2) Elektrophysiologie : Nur wenige Zellen können zur gleichen Zeit untersucht werden (3) Spannungs und Kalzium-sensible Farben: keine Neuron-Spezifität vorhanden (4) Genetisch kodierte Aktivitäts Marker - transgenische Systeme - auf Viren basierende Systeme

35 FRET Ca 2+ Sensor Fluorescence Resonance Energy Transfer 29 Kalmodulin Kalmodulin-bindendes Peptid Chameleon, Troponeon Einbau: (1) Genom einer Maus (2) Genom eines Herpes Virus Fluorescenz Mikroskop

36 FRET Spannungssensor 30

37 Optogenetik 31 Licht Channelrhodopsin-2 Fruchtfliege: Stress- Ausweichung Blaues Licht: öffnet das ChR Grünes Licht: Generiert Fluorescens ChR2 Rotes Licht: Emission RFP Behandlung der Parkinson Krankheit Durch Stimulierung des Elektroden-basierte stimulation des Deep- Brains (DBS) - dank optogenetischen Mitteln kann einer Implantation ausgewichen werden Zebrafisch: Flucht-Reflex Maus: Entscheidungs treffen

38 D16 3.Konditionale transgenische Systeme (1) Cre-loxP System (2) Tetrazyklin System

39 Das Cre loxp System - Ortsspezifische Rekombination D16 32 (a) Inversion Gén X (b) Deletion Gén X (c) Reziproke-Translokation Chr 3 Chr 6 Gén X Gén X Gén X

40 Konditionale Gen-Rash Mit Cre loxp System D16 33 F 0 Cre Maus LoxP (floxierte) Maus STOP Cre gén LoxP Cél gén LoxP gfp F 1 Cre LoxP Maus Zellen mit aktivem Cre Rekombinase Cre enzim LoxP gfp LoxP STOP Cél gén LoxP Zellen mit felhlendem Rekombinase STOP Cél gén LoxP gfp Die originale (Ziel-) Genfunktion ist nicht mehr anwesend Statt dieser wirkt der Reporter-Gen Das originale Gen ist unangetastet

41 Mehrfarbige D16 34 Markierung (Brainbow) No Cre + Cre No Cre + Cre

42 Tetrazyklin System D16 35 Das originalesystem Tet- OFF System Fremdes gen Fremdes Gen Tet-ON System Fremdes Gen Fremdes Gen

43 4. Stumme Stellen des genetischen Kodes Genetischer Kode Wenige / zu viele Proteine 2. Defektes Protein-System 3. Defektes RNA System 4. Defektes Splicing pre-mrna exon intron exon intron exon spliceosome mrna Normales Splicing Synonime (stumme) Mutation Abnormales Splicing

44 37 5. Synthetische Genomik Stony Brook Univ. Poliovirus (7741 bp): 2 Jahre; 2002 J. Craig Venter Inst. X174 (5386 bp): 2 Wochen; 2003

45 Synthetisches Leben 38

46 Minimales Leben 39 Mycoplasma genitalium (482 Gene, 580,000 bp)

47 Perspektiven 40

48 41 Minimales Leben Mycoplasma genitalium Minimales Genom Projekt: von 482 Genen reichen 320 zum überleben des Mycoplasma g. Globale Transposon Mutagenese

49 Metagenomik 42 (1) Humanes Mikrobiom (2)Ozean Metagenom (3)Luft Metagenom (4) Antarktis Metagenom und Metaproteom Identifizierung von Genen und Arten