Tier-Biotechnologie. Teil II: Genomanalyse sowie gendiagnostische Verfahren. 61

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1 Tier-Biotechnologie Inhaltsverzeichnis Vorwort. 9 Mitarbeiter. 10 Einführung in die Tier-Biotechnologie. 11 Teil I: Zellkultur- und Bioverfahrenstechniken Kultivierung tierischer Zellen Voraussetzungen für die Zellkultivierung Eigenschaften von Zellen in Kultur Handhabung tierischer Zellen in Kultur Spezielle Verfahren der Zellkultivierung Bioverfahrenstechniken für den Tierbereich Teilbereiche der Bioverfahrenstechniken Beispiele für den Einsatz von Bioverfahren im Tierbereich. 55 Teil II: Genomanalyse sowie gendiagnostische Verfahren Struktur und Funktion von Genen Aufbau der Nucleinsäuren DNA-Replikation Enzyme beim Nucleinsäurestoffwechsel Organisation der chromosomalen DNA Funktionseinheiten der Chromosomen Aufbau von Genen und ihren Produkten Gewebe- und entwicklungsspezifische Kontrolle der Genexpression Codierkapazität des Genoms Präparation und Charakterisierung von Nucleinsäuren Extraktion und Reinigung von Nucleinsäuren Isolierung hochmolekularer genomischer DNA Herstellung von cdna Gelelektrophoretische Analysen und Präparationen von DNA-Molekülen Charakterisierung von DNA durch Restriktionsspaltung Identitätsprüfung von DNA- oder RNA-Molekülen durch Hybridisierung Markierung von Nucleinsäuren Vermehrung von DNA-Molekülen durch Polymerasekettenreaktion (PCR) Prinzip der PCR-Reaktion Primerdesign Kontrolle der PCR-Produkte Fehlerquellen der PCR Nested-PCR Hot-Start- und Touch-Down-Temperaturprogramme Multiplex-PCR RT-PCR Quantitative PCR Echtzeitregistrierung der PCR Amplifikation von DNA-Bereichen mit nur einem locusspezifischen Primer. 127

2 6 Erzeugung und Klonierung rekombinanter DNA-Moleküle Vektoren für den Transport und die Vermehrung von DNA-Fragmenten In-vitro-Rekombination von DNA-Fragmenten Transfer und Vermehrung von DNA-Molekülen in Bakterienzellen Vermehrung und Aufbewahrung von Zellen mit rekombinanten DNA-Molekülen Biologische Sicherheit bei gentechnischen Arbeiten Identifikation von rekombinanten DNA-Molekülen in klonierten Wirtszellen Nachweis von Zellen, die rekombinante Vektoren-Moleküle enthalten (Markerselektion) Nachweis von Zellen, die die gesuchte Fremd-DNA enthalten Identifikation von Genen auf der Basis der Translationsprodukte Nutzung von Datenbanken für die Identifikation von Genen Verfahren der DNA-Sequenzierung Methoden der DNA-Sequenzierung Strategien der Genomsequenzierung Sequenzierung von Teilabschnitten des Genoms Beiträge der DNA- und Genomsequenzierung in der Forschung DNA- und Protein-Arrays Herstellung und Funktion von DNA-Arrays Anwendung der DNA-Arrays Protein-Arrays Suspensions-Arrays Darstellung von DNA-Varianten Kettenabbruchreaktion und Pyrosequenzierung Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphismen Konformationspolymorphismen Modifikation und Spaltung von Heteroduplex-DNA-Molekülen Allel-spezifische Amplifikation mittels PCR Allel-spezifische Hybridisierungstechniken und Ligationsverfahren Massenspektrometrie Nachweis von Variable Number of Tandem Repeats Darstellung von DNA-Varianten mit Zufallsprimern Darstellung der DNA-Varianten für Screening und Diagnostik Megabasen-Analysetechniken und Künstliche Chromosomen Erzeugung und Selektion großer DNA-Fragmente Verwendung von YAC-Vektoren Verwendung von BAC-, P1- und PAC-Vektoren Erstellung und Verwendung von Megabasen-Bibliotheken Präparation und Transfer von Chromosomen in Säugerzellen Genstruktur- und -funktionsanalysen Nachweis von Transkripten Analyse der Transkriptstruktur Analyse der Promotorbereiche Genomkartierung Marker für die Kartierung Genetische Kartierung Physikalische Kartierung Vergleichende Kartierung QTL-Kartierung Identifikation merkmalsbeeinflussender Nucleotidpositionen. 299 Teil III: Fortpflanzungsbiologische Verfahren Anatomisch-physiologische Grundlagen der Fortpflanzung Geschlechtszellenbildung Entwicklung von Geschlechts- und Zuchtreife. 316

3 14.3 Geschlechtszyklus bei weiblichen Säugetieren Befruchtung und Embryonalentwicklung Kryokonservierung von Zellen und frühembryonalen Stadien Einflussfaktoren auf die Kryokonservierung Minimierung von Zellschädigungen beim Gefrieren und Auftauen Kryokonservierung von Oocyten und frühembryonalen Stadien Anwendungsbereiche der Kryokonservierung von Zellen und frühembryonalen Stadien Künstliche Besamung Vorteile und Risiken bei der Anwendung der Künstlichen Besamung Künstliche Besamung beim Rind Künstliche Besamung beim Schwein Künstliche Besamung beim Pferd Stand der Künstlichen Besamung Beeinflussung von Geschlechtsreife und -zyklus Beeinflussung der Geschlechtsreife Steuerung des Geschlechtszyklus Gewinnung und Übertragung von Embryonen ("Embryotransfer") Embryotransfer beim Rind Embryotransfer bei anderen Tierarten Anwendungsbereiche, Probleme und Risiken des Embryotransfers Praktischer Einsatz des Embryotransfers In-vitro-Produktion von Embryonen Eizellgewinnung Auswahl der Eizellen In-vitro-Maturation (IVM) der Oocyten Auswahl der Vatertiere und Vorbereitung der Spermien In-vitro-Fertilisation Kultivierung und Übertragung der IVF-Embryonen Entwicklungsfähigkeit der IVF-Embryonen Anwendung der In-vitro-Produktion von Embryonen Geschlechts- und Genotypanalysen bei Embryonen und Gameten Art der pränatalen Diagnostik Analysen bei Gameten und Embryonen Geschlechtsdiagnosen bei frühembryonalen Entwicklungsstadien Geschlechtsbestimmung durch Sortierung der X- und Y-Chromosom enthaltenden Spermien Analyse züchterisch wichtiger Gene in Embryonen Erzeugung von Chimären Verfahren zur Erzeugung von primären Chimären Erzeugung sekundärer Chimären Anwendungsbereiche für die Generierung chimärer Individuen Klonen von Tieren Isolierung und Proliferation von embryonalen Zellen Mikrochirurgische Teilung von Embryonen Klonen durch Kerntransfer Anwendungsperspektiven des Klonens Probleme bei der Anwendung des Klonens. 403 Teil IV: Mutagenese und Gentransfer Erzeugung transgener Tiere Zielsetzung bei der Erzeugung transgener Tiere Strategien beim Gentransfer in Keimbahnzellen Erstellung von DNA-Konstrukten für den Gentransfer Verfahren des Gentransfers. 417

4 23.5 Nachweisverfahren bei transgenen Tieren Bereitstellung und Behandlung der Tiere für den Gentransfer Gentransfer in somatische Zellen Einschleusen der DNA-Konstrukte in kultivierte Zellen oder Gewebe Strategien beim Gentransfer in Körperzellen Ausrichtung des Gentransfers auf bestimmte Zellen oder Gewebe Barrieren und Kinetik beim Gentransfer in Körperzellen Anwendungsbereiche für den Gentransfer in Körperzellen Verfahren der Mutagenese beim Tier Verwendung mutagener Agenzien Messung der Mutationsraten Charakterisierung neuer mutierter Gene Mutagenese und Mutantenanalyse mit Hilfe des Gentransfers. 482 Teil V: Einsatzbereiche und Auswirkungen biotechnischer Verfahren bei Tieren Molekulare Gendiagnostik bei Nutztieren Direkte und indirekte Gentests Erbfehlerdiagnosen Nachweis züchterisch vorteilhafter Genvarianten Nutzung von DNA-Markern zur Kontrolle von Tieren und tierischen Produkten Auswahl der DNA-Marker und des Probenmaterials Fragestellung der Kontrolluntersuchungen Beispiele für die Durchführung von Kontrollen mit DNA-Markern Praktische Ausführung von Kontrolluntersuchungen Verfahren zur Beurteilung des Leistungsstoffwechsels Methoden zur Beurteilung der Stoffwechselkapazität und -regulation Belastungstests Verwendung von biochemischphysiologischen Parametern für Rassenvergleiche Selektionsexperimente mit Hilfe biochemisch-physiologischer Parameter Biochemisch-physiologische Merkmale als Hilfsmittel für die züchterische Selektion Bedeutung biotechnischer Verfahren für die Tierernährung Gentechnisch veränderte Futtermittel Herstellung von Einzelfuttermitteln und Zusatzstoffen mit biotechnischen Verfahren Beeinflussung der Stoffwechselregulation bei Nutztieren Weitere Aspekte zum Einsatz biotechnischer Verfahren in der Tierernährung Einsatz biotechnischer Verfahren in Zuchtprogrammen Einfluss biotechnischer Verfahren auf die Eigenschaften von Zuchtprodukten Szenarien biotechnisch unterstützter Zuchtprogramme Biotechnische Verfahren für den Nachweis und die Prophylaxe von Infektionserregern Erregernachweise mit der humoralen und zellulären Immunreaktion Nachweis von Eigenschaften des Erregers Nachweis des Erregergenoms Herstellung von Vakzinen Anwendungsbereiche für transgene Tiere Status bei verschiedenen Spezies Beispiele für Anwendungsbereiche transgener Nutztiere Gesetzliche Vorgaben für den Einsatz biotechnischer Verfahren bei Tieren Gentechnikgesetz Tierschutzgesetz Tierzuchtgesetz. 591

5 33.4 Gewerblicher Rechtsschutz Lebensmittel- und Futtermittelrecht Auswirkungen biotechnischer Neuerungen im Tierbereich Auswirkungen biotechnischer Neuerungen auf die Wirtschaftlichkeit und Struktur der tierischen Erzeugung Biologische Grenzen beim Einsatz biotechnischer Verfahren Biologische Sicherheit beim Einsatz biotechnischer Verfahren Ethische Fragen bei der Anwendung biotechnischer Verfahren Fragen der öffentlichen Akzeptanz. 606 Literatur. 609 Register. 630

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