Thema Gentechnologie. Erwin R. Schmidt Institut für Molekulargenetik Gentechnologische Sicherheitsforschung & Beratung

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1 Thema Gentechnologie Erwin R. Schmidt Institut für Molekulargenetik Gentechnologische Sicherheitsforschung & Beratung

2 Amazon-Preis: EUR 31,00 Kostenlose Lieferung. Siehe Details. Versandfertig bei Amazon in 2 Tagen. Noch schneller geht's mit Expressversand. Alle Angebote ab EUR 31,00 Leider schon etwas veraltet, letzte Auflage 2002

3 Molecular Biology of the Gene 6th Edition Watson, Baker, Bell, Gann, Levine, Losik CSHL Press ISBN ca. 77,90 bei Amazon

4 Biotechnologie Thieman; Palladino ISBN-13: Seiten, 116 s/w Abb., 598 farb. Abb., Gebunden Verlag: Pearson Studium (März 2007) 44,95 Euro Bewertung Amazon *****

5 Frankensteins Monster oder Turbokühe?

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8 Beispiele für gentechnische Erfolge und Möglichkeiten

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10 Maus mit Gen für grün fluoreszierendes Protein

11 Nobelpreis für Chemie 2008 für Grün-fluoreszierendes Protein Roger Tsien, Osamu Shimomura und Martin Chalfie, Nobel in Chemie 2008

12 Leuchtende Zierfische mit Genen für fluoreszierende Proteine aus Korallen (seit Dezember 2003 frei verkäuflich in den USA)

13 Ziel: Überwachung von Abwässern: Transgene gesteuert durch Hormon-induzierbaren Promotor. z. B. Östrogen im Abwasser Fische leuchten. Eine weitere Anwendung ist die Kontrolle unter dem Stressresponse-Promotor. Die Fische leuchten dann, wenn Schwermetalle oder Toxine im Wasser vorhanden sind

14 Transgene Drosphila-Fliege mit dem Gen für das Grün-fluoresziierende- Protein (GFP) aus einer Qualle. Die Expression des GFP-Gens wird durch den augenspezifischen Promotor des eyeless -Gens gesteuert

15 Gentechnisch mit GFP modifizierte transgene Mäuse

16 Rechts-links-Asymmetriegene steuern grün- und rot-fluoresziierende Proteinexpression bei der Krallenfrosch-Kaulquappe

17 Zu Weihnachten einen leuchtenden Genbaum?

18 Lachse, die bis zu 30mal schneller wachsen Die oberen 5 Lachse enthalten ein zusätzliches Gen für Wachstumshormon

19 Drosophila Fliegen mit beta-galactosidase-gen unter der Kontrolle des Hitzeschockpromotors von HSP 70, rechte Fliege mit Hitzeschockbehandlung Blaufärbung zeigt beta-gal-aktivität

20 Planzen, die ihre eigenen Insektizide produzieren: die Pflanze unten rechts enthält das Gen für das natürliche Insektizid Bazillus thuringiensis Toxin aus dem gleichnamigen Bakterium

21 Transgene Pflanzen, die gleichzeitig gegen Kälte, Trockenheit und Salz unempfindlich sind Erste Spalte: Überexpression des Dehydration-response-element-binding protein Die Pflanzen sind kälte-, trockenheit- und salzresistenter als der Wildtyp (Spalte rechts)

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24 Pflanzen, die sich selbst sterilisieren: Die transgene Pflanze rechts enthält ein Selbstmordgen (codiert für eine RNase), welches spezifisch in den Antheren exprimiert wird. Die RNase zerstört die RNA in den Antherenzellen, die dadurch absterben und die Staubgefäße verkümmern. Die Pflanze ist männlich Steril!

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29 Riesenmäuse: die braune Maus enthält ein zusätzliches Gen für Wachstumshormon

30 Klonierung von Säugetieren und Gentechnologie

31 Das klassische gentechnische Experiment: Paul Berg, Nobel-Preis 1980

32 Wer hat die Gentechnologie erfunden? Die Natur! Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbo to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica Mary E. Rumphoa,1, Jared M. Worfula, Jungho Leeb, Krishna Kannana, Mary S. Tylerc, Debashish Bhattacharyad, The Vaucheria litorea. algal nuclear gene for oxygenic photosynthesis, psbo, is expressed in the sea slug and has integrated into the germline. Ahmed Moustafad, and James R. Manharte PNAS November 18, 2008 vol. 105 no

33 Wer hat die Gentechnologie erfunden? Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbo to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica Mary E. Rumphoa,1, Jared M. Worfula, Jungho Leeb, Krishna Kannana, Mary S. Tylerc, Debashish Bhattacharyad, The Vaucheria litorea. algal nuclear gene for oxygenic photosynthesis, psbo, is expressed in the sea slug and has integrated into the germline. Ahmed Moustafad, and James R. Manharte PNAS November 18, 2008 vol. 105 no

34 Die Genklonierung in Bakterien Vektor-DNA Spender-DNA Restriktionsenzym Rekombinante DNA DNA-Ligase Transformation

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37 Spender DNA: -die DNA aller Organismen inklusive der Viren - aus der RNA hergestellte cdna (complementary DNA) -chemisch-synthetische DNA -in vitro mutagenisierte DNA -und natürlich alle Kombinationen davon

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39 Entdecker der Restriktionsenzyme Nobelpreis 1978 Daniel Nathans Hamilton O. Smith Werner Arber

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43 Hochmolekulare DNA Erkennungssequenz

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45 Typ II-Restriktionsenzyme erkennen und schneiden die DNA an palindromischen Sequenzen z. B. 5 -GGAATTCC-3

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48 In der Gentechnologie ist die Neukombination unterschiedlicher DNA- Moleküle wichtig. Das Verknüpfen von DNA- Molekülen erledigt das Enzym DNA-Ligase

49 Komplementäre überhängende Enden ( sticky ends ) erleichtern das Wiederverknüpfen von DNA-Molekülen

50 Die DNA-Ligase verknüpft zwei DNA-Moleküle

51 T4-DNA-Ligase Ligase AMP Ligase E. coli DNA-Ligase AMP Die DNA-Ligasen sind in der Lage, Phosphodiesterbindungen zu knüpfen. Sie brauchen dafür Energie, die entweder durch ATP oder NAD+ geliefert wird

52 Für die Selektion der gewünschten rekombinanten Klone braucht man die Vektor-DNA

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54 Funktionen der Vektor DNA Sorgt für Replikation in der Wirtszelle Stellt selektierbare Markergene bereit Hat Vielzweck-Klonierungsstelle Trägt Signalsequenzen für Genexpression Verschiedenste Modifikationen für spezielle Anwendungen (z. B. Shuttle zwischen Pro- und Eukaryoten; Elemente für künstl. Chromosomen)

55 Typische Vektoren besitzen einen Replikationsorigin (Ori), selektierbare Marker-Gene und eine multiple Klonierungsstelle

56 Blau-Weiß-Selektion mit Hilfe von Vektoren, die das lac Z-Gen als Marker-Gen tragen:

57 Für die Expression fremder Gene gibt es spezielle Expressionsvektoren mit Signalsequenzen für die korrekte Transkription und Translation in Bakterien

58 Gentechnologie an höheren Organismen ist komplizierter als bei Bakterien wegen der Vielzelligkeit solcher Organismen Die fremde DNA muss in die Chromsomen der Keimzellen gelangen. Eine gängige Methode ist die Mikroinjektion der DNA in den Zellkern einer befruchteten Eizelle

59 Herstellung einer transgenen Maus

60 Ein besonderes Verfahren zur Herstellung transgener Mäuse ist die Verwendung embryonaler Stammzellen (ES-Zellen: gentechnisch veränderte embryonale Stammzellen, schwarze Zellen in der Abb.) werden in einen frühen Embryo (Blastozyste) injiziert. Die ES- Zellen nehmen an der Entwicklung teil. Es entsteht ein chimäre Maus (erkennbar am gescheckten Fell). Auch die Keimzellen dieser Maus stammen z. T. von den transgenen ES-Zellen ab. Durch Kreuzung entstehen Mäuse, die von den transgenen ES-Zellen abstammen (schwarze Maus).

61 Maus-Chimären aus embryonalen Stammzellen-Transplataten

62 Ein besonderes Verfahren ist die Herstellung von so genannten knock out (k.o.)-mäusen: In einer ES-Zelle wird durch homologe Rekombination ein intaktes Gen durch ein defektes ersetzt. Aus den gentechnisch veränderten ES-Zellen werden Mäuse regeneriert mit dem defekten Gen (siehe vorherige Folie) defektes Gen

63 Der Knock-out kann auch konditional sein, d. h. unter bestimmten Bedingungen, nach Belieben induziert werden, indem eine intakte Genkopie von zwei Rekombinationssequenzen (z. B. lox-p-sequenzen) flankiert in die Maus Eingebaut wird. Durch Einkreuzen eines Rekombinase-Gens wird die Genkopie aus dem Chromosom heraus geworfen und damit funktionsunfähig

64 Pflanzengentechnologie Ein natürlicher Helfer für die Pflanzengentechnologie ist das Bakterium Agrobakterium tumefaciens Tumorgallen durch A. tumefaciens

65 Pflanzengentechnologie A. tumefaciens injiziert die T-DNA in die Pflanzenzelle, um sie zu mehr Wachstum anzuregen

66 Pflanzengentechnologie DNA-Transfer mit Hilfe von Agrobakterium tumefaciens

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68 Typischer Pflanzenvektor auf der Basis des Agrobakterium tumefaciens Ti-Plasmids

69 Bei Pflanzen, die nicht mit A. tumefaciens infiziert werden können, kann die Genkanone eingesetzt werden

70 Zugelassene GVOs/ GVO-Produkte/USA z.t. Europa Tabelle: Anzahl der Genehmigungen pro Pflanzenart in Nordamerika und in der EU (Stand März 2000) EU - Mais (13) - Sojabohne (6) - Tomate (6) - Baumwolle (5) - Raps (5) - Kartoffel (4) - Kürbis (2) - Zuckerrübe (2) - Papaya (1) - Radicchio (1) - Flachs (1) - Reis (1)- Mais (4)2 - Raps (3)2 - Nelke (3) - Sojabohne (1)1 - Radicchio (1)3 - Tabak (1) - Raps (14) - Mais (11) - Kartoffel (5) - Baumwolle (3)1 - Tomate (3)2 - Kürbis (2)1 - Sojabohne (2) - Flachs/Lein (1) - Weizen (1) 1: Zulassung nur zu Import, Lagerung und Verarbeitung nicht zum Anbau 2: davon eine Linie nur zugelassen zu Import, Lagerung und Verarbeitung, nicht zum Anbau 3: Zulassung nur zur Saatguterzeugung Quelle: RKI, APHIS/USDA, Canadian Plant Biotechnology Office.

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72 Weltweit. Anbauflächen mit gentechnisch veränderten Pflanzen in Millionen Hektar.

73 Anbau gentechnisch veränderter Nutzpflanzen (GVO) *Anbaufläche weltweit in Mio Hektar % Anteil GVO an Gesamtanbaufläche Fläche* Fläche GVO Anteil GVO Soja 91 65,8 72% Mais ,3 23% Baumwolle 33 15,5 47% Raps 28 5,9 21%

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77 Ausführliche Informationen finden Sie hier: doku.html

78 Risiken der Freisetzung von GVOs GVO: offizielle Abkürzung für gentechnisch veränderter Organismus Die am meisten diskutierten Risiken sind: # Gentransfer # Verwilderung des GVO/neue Unkräuter # neue Pflanzenkrankheiten # neue resistente Schädlinge # non target Effekte # mangelnde Produktsicherheit # Reduktion der Biodiversität

79 Sicherheit in der Gentechnologie

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81 Wirtschaftliche Bedeutung der Gen- und Bitechnologie

82 Arbeitsplätze für Lebenswissenschaftler

83 Gentechnik am Menschen Gentechnisch hergestellte Medikamente Somatische Gentherapie Keimbahngentherapie Klonierung von Menschen

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86 Erfolgreiche Gentherapie mit tödlichen Nebenwirkungen X-linked severe combined immunodeficiency disease (X-SCID), bekannt als "bubble baby syndrome. 11 Patienten fehlte das Gen IL2RG Das Gen wurde in Stammzellen der Kinder überführt drei Kinder entwickelten Leukämie, bzw einen lymphatischen Tumor Das Transgen war bei beiden Kindern in das Tumorgen LMO2 hinein gesprungen