Adenin Basen DNA RNA Erbinformation Agrobacterium tumefaciens Ti-Plasmide Gentechnik Aminosäuren Proteine Erbsubstanz Ampicillin Klonierungsvektor

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1 Adenin Eine der fünf Basen (zusammen mit Thymin, Cytosin, Uracil und Guanin), die in den Nucleinsäuren (DNA und RNA) vorkommen und dort durch ihre festgelegte Reihenfolge im Molekülstrang die einzelnen Erbinformationen codieren. Agrobacterium tumefaciens Ein Bodenbakterium, das verwundete Höhere Pflanzen infiziert und dort krebsähnliche Wucherungen (Gallen, Wurzelhalstumore) hervorruft. Über die sogenannten Ti-Plasmide gelangt Erbsubstanz des Bakteriums (die sogenannte T-DNA) in die Höhere Pflanze, die daraufhin die Wucherungen ausbildet. Für die Gentechnik ist Agrobacterium tumefaciens ein wichtiges Werkzeug, da sich in die T-DNA des Bakteriums auch fremde Gene einbauen lassen, die auf diese Weise über den biologischen Vektor in Pflanzenzellen eingeschleust werden können. Der Agrobacterium-vermittelte Gentransfer eignet sich insbesondere für zweikeimblättrige Pflanzen, zu denen Kartoffeln und Tomaten gehören. Aminosäuren Sie sind die Grundbausteine der Proteine. Es gibt 20 verschiedene natürlich vorkommende Aminosäuren. Jedes Aminosäure-Molekül besitzt zwei chemische Bindungsstellen, über die es sich mit anderen Aminosäure-Bausteinen zu einem langen Kettenmolekül, dem Protein, verbinden kann. Es können praktisch unendlich viele Kombinationen = Proteine gebildet werden. In dieser Eigenschaft sind Struktur und Stoffwechsel aller lebenden Organismen auf der Erde begründet. Die Anzahl und Reihenfolge (Sequenz) der Aminosäuren in einem Protein ist in einem zugehörigen Gen in der Erbsubstanz codiert. Ampicillin Antibiotikum, das häufig in der Gentechnik eingesetzt wird: Eine in einem Klonierungsvektor eingebaute Ampicillin-Resistenz ermöglicht die eindeutige Identifikation von genetisch modifizierten Zellen, da diese auf einem Ampicillin-haltigen Nährboden überleben und zu Kolonien heranwachsen, während alle anderen Zellen ohne das Resistenzgen absterben. S. Antibiotikaresistenz, Markergen Antibiotika Meist von einzelligen Pilzen erzeugte Verbindungen, die das Wachstum von Bakterien hemmen oder sie abtöten. Zellen von höheren Organismen wie Pflanzen oder Tieren und auch die des Menschen werden von Antibiotika nicht geschädigt. Penicillin, das erste bekannte Antibiotikum, wurde 1928 von Alexander Fleming entdeckt. Es wird u.a. aus dem Pilz Penicillium notatum gewonnen, der das Antibiotikum in die Nährlösung abscheidet. Seine Wirkung besteht in einer Hemmung der Bakterien-Zellwand-Synthese. Heute sind mehrere tausend meist als Medikamente eingesetzte Antibiotika bekannt. Bedeutung für die Gentechnik s. Antibiotikaresistenz, Ampicillin Antibiotikaresistenz Unempfindlichkeit von Bakterien gegen ein oder mehrere Antibiotika. Verantwortlich hierfür sind Gene, die für Enzyme zum Abbau oder zur Ausscheidung des Antibiotikums codieren. Solche

2 Gene finden sich meist in Plasmiden (kleine ringförmige DNA-Moleküle), die in der Gentechnik als Klonierungsvektoren eingesetzt werden. Bakterien, die ein Plasmid mit einem Resistenzgen enthalten, können in Gegenwart des betreffenden Antibiotikums überleben. Deshalb werden Antibiotikaresistenzen als Marker zur Selektion von genveränderten Zellen genutzt: ein bestimmtes Resistenzgen wird gemeinsam mit dem eigentlich zu übertragenen Gen in eine Zelle eingeschleust. Auf einem antibiotikahaltigen Nährboden überleben und wachsen dann nur die Zellen mit der veränderten Erbsubstanz. S. Ampicillin, Markergen Art Eine Gruppe von Organismen, die sich untereinander kreuzen und Nachkommen hervorbringen können. Artgrenzen s. Gentechnik Artenvielfalt Die Artenvielfalt ist ein Teil der biologischen Vielfalt Auskreuzen Übertragung von Pflanzengenen über Pollenflug oder Insekten auf nahe verwandte Arten. So wurde auch bei transgenem Raps die Übertragung von neu eingeführten Fremdgenen auf nahe verwandte Kreuzblütler nachgewiesen. Das Auskreuzen von Fremgenen kann zum einen negative ökologische Auswirkungen nach sich ziehen. Für den Öko-Landbau beinhaltet die Möglichkeit der Verunreinigung nicht transgener Sorten mit Fremdgenen von benachbarten Feldern transgener Sorten zudem ein wirtschaftliches Problem, wenn die Ernte nicht mehr als ohne Gentechnik verkauft werden kann. Das Auskreuzen von Fremdgenen auf nicht transgene Pflanzen wird auch als vertikaler Gentransfer bezeichnet. Bacillus thuringiensis Dieses Bodenbakterium bildet Toxine (Bt-Toxine), die für einige Insekten tödlich wirken.es gibt verschiedene Bt-Toxine, die spezifisch gegen bestimmte Insektengruppen wirken. Beim Einsatz als Insektizide können so gezielt bestimmte Schädlinge vernichtet werden, während andere Insekten bzw. andere Organismen verschont bleiben. Bt-Präparate zählen zu den wenigen im ökologischen Landbau erlaubten Spritzmitteln und werden dort seit langem erfolgreich eingesetzt. S. Bt-Pflanzen. Bakterien Mikroskopisch kleine einzellige Mikroorganismen ohne echten Zellkern (Prokaryonten). Sie besiedeln nahezu jeden Lebensraum auf der Erde auch unter den verschiedensten und extremsten Umweltbedingungen (heiße Quellen, Salzseen usw.). Auch der menschliche Körper ist Lebensraum für verschiedene Bakterien. Viele Bakterien sind harmlos bzw. nützlich z.b. zur Konservierung von Nahrungsmitteln, andere verursachen Lebensmittelvergiftungen oder sind Krankheitserreger (Pest, Tuberkulose, Cholera u.a.). Für die Gentechnik sind Bakterien als Forschungsobjekt oder auch wichtiges Hilfsmittel unersetzlich. Ihre auch großtechnisch leicht zu handhabende Vermehrung erfolgt für gewöhnlich in einer speziell auf die Bedürfnisse des jeweiligen Bakterienstammes angepassten Nährlösung.

3 Gentechnisch veränderte Bakterien werden heute vielfältig eingesetzt. So liefern sie eine Vielzahl von Zusatz- und Hilfsstoffen sowie Vitaminen wie Vitamin B 2 und B 12 für die Lebensmittelindustrie. Auch viele Medikamente werden heute mittels gentechnisch veränderter Bakterien hergestellt (z. B. Insulin). Bakteriophagen Kurzbezeichnung: Phagen Viren, die Bakterien befallen und sich dort vermehren. Ein Bakteriophage ist etwa hundert- bis tausendfach kleiner als eine Bakterienzelle und zählt, da er nur aus von einer Proteinhülle umschlossenem Erbmaterial besteht, nicht zu den eigentlichen Lebewesen. Er besitzt wie alle anderen Viren keinen eigenen Stoffwechsel, sondern benutzt den seines Wirtsorganismus, um das viren/phageneigene genetische Programm für seine Reproduktion und Vermehrung umzusetzen. Nach Freisetzung der neuen Phagengeneration durch Zellwandlyse stirbt der Bakterienwirt. Bakteriophagen sind als sogenannte Klonierungsvektoren wichtige Hilfsmittel in der Gentechnik: Ein zu vermehrendes Stück DNA wird mit der DNA des Phagen verbunden und nach Infektion einer Bakterienzelle an jeden neu entstehenden Phagen weitergegeben. Auf diese Weise wird die eingebaute Fremd-DNA vermehrt. Sehr bekannt ist der Phage Lambda, der E.coli-Bakterien befällt. bakterizid =bakterientötend Viele Substanzen wirken bakterizid, die bekanntesten sind die Antibiotika. Basen Im Themenzusammenhang bezeichnet dieser Terminus die Molekülteile, die die Grundbausteine der Nucleinsäuren darstellen. Insgesamt werden fünf durch ihre Anfangsbuchstaben kurzbezeichnete Basen unterschieden: Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G), Thymin (T) und Uracil (U). Thymin findet sich nur in DNA, während Uracil nur in RNA vorkommt. In der Reihenfolge der Basen im Nucleinsäurestrang wird die gesamte Erbinformation aller Organismen auf der Erde codiert. Die typische Doppelstrangstruktur der DNA entsteht durch die paarweisen chemischen Bindungen der Basen (A mit T oder U, C mit G), durch die sich zwei komplementäre Einzelstränge aneinanderlegen (komplementäre, sich gegenseitig ergänzende Basen). Basenpaar Ein Paar komplementärer Basen im DNA-Doppelstrang, entweder aus Adenin und Thymin (A-T) oder Guanin und Cytosin (G-C). Die Einheit Basenpaare (= Bp) beschreibt die Länge von Genen. Basenpaarung Vorgang, bei dem sich die komplementären Basen zweier DNA-Einzelstränge zu Paaren zusammenlagern und so die typische Doppelhelixstruktur der DNA entstehen lassen. Basenpaarungen finden statt zwischen Adenin und Thymin (A-T) sowie zwischen Guanin und Cytosin (G-C).

4 Bestäubung Übertragung des Blütenstaubes (Pollen) auf die Fruchtblätter der Blüte. Die so genannte Selbstbestäubung läuft innerhalb einer Blüte ab, die Fremdbestäubung hingegen durch Wind oder Insekten. S. Auskreuzen Biologische Schädlingsbekämpfung Bekämpfung von Schädlingen mit lebenden Organismen, oft Mikroorganismen (z.b. Bacillus thuringiensis). Die sehr spezifische und damit gezielt einsetzbare biologische Schädlingsbekämpfung schont nützliche Insekten. Sie ist für den Menschen ungefährlich. Biologische Vielfalt Gesamtheit und Variabilität von Genen, Arten, Populationen sowie Ökosystemen. Biotechnologie Anwendung von Techniken und Verfahren mit dem Ziel, biologisches Material oder biologische Prozesse mikrobiellen, pflanzlichen oder tierischen Ursprungs zu nutzen. Dazu gehören die traditionellen Verfahren zur Bier- oder Käseherstellung mit Unterstützung von Hefepilzen bzw. Milchsäurebakterien ebenso wie die künstliche Besamung von Nutztieren in der Landwirtschaft. Entgegen häufigem Sprachgebrauch ist Biotechnologie nicht gleichzusetzen mit Gentechnik. BST =bovine somatotropin Ein natürlich in Rindern vorkommendes Wachstumshormon, regelt u.a. die Milchproduktion der Tiere. S. rbst Bt-Pflanzen Pflanzen, denen mittels Gentechnik das Gen von Bacillus thuringiensis für die Toxin- Produktion übertragen wurde. Diese Pflanzen produzieren jetzt das Bt-Toxin selbst und damit ihr eigenes Pflanzenschutzmittel. Bt-Pflanzen wie Bt-Mais (resistent gegen den Maiszünsler) oder Bt- Baumwolle (resistent gegen den Baumwollkapselspulwurm) sind derzeit nach den HR-Pflanzen die wirtschaftlich bedeutendsten gentechnisch veränderten Pflanzen. Chimäre Organismus, der aus genetisch unterschiedlichen Zellen oder Geweben besteht. Beispiele für Chimäre höherer Organismen: Tomoffel (aus Tomate und Kartoffel), Schiege (aus Schaf und Ziege). Chromosom Träger der mit Proteinen zusammengelagerten DNA im Kern einer Zelle von Eukaryonten. Während des Vorgangs der Zellteilung sind die angefärbten Chromosomen im Mikroskop gut erkennbar. Jede Spezies besitzt eine definierte Anzahl von Chromosomen, die menschliche Körperzelle enthält 46.

5 Die Keimzellen enthalten jeweils den einfachen (haploiden) Chromosomensatz der Art. Bei der Befruchtung entsteht dann eine Zygote mit wiederum der doppelten (diploiden) Chromosomenzahl. Auf diese Weise wird die DNA der Eltern neu kombiniert, die Nachkommenschaft trägt deren gemischte Erbanlagen. S. haploid Chromosomensatz Die artspezifische Ausstattung einer eukaryonten Zelle mit den Trägern der Erbanlagen, den Chromosomen. Alle Individuen einer Spezies enthalten dieselbe Anzahl von Chromosomen. Chymosin Wesentliche enzymatisch aktive Komponente des Labferments aus dem Kälbermagen, das für die Käseproduktion eingesetzt wird. Chymosin kann von verschiedenen gentechnisch veränderten Mikroorganismen produziert werden. codieren Eine Aminosäure wird in der DNA eines Organismus durch ein Nucleotid-Triplett festgelegt = codiert. S. Nucleotide Codon Eine aus einem Nucleotid-Triplett bestehende Informationseinheit in der DNA, das im Rahmen der Proteinbiosynthese den Einbau einer bestimmten Aminosäure im resultierenden Proteinmolekül bewirkt. Cytoplasma Die von der sogenannten Plasmamembran umschlossene zähflüssige, aus in Wasser gelösten Proteinen und Salzen bestehende Grundsubstanz der Zelle. Im Cytoplasma schwimmen die verschiedenen Zellorganellen wie beispielsweise Zellkern (nicht in Bakterien!) oder Strukturen für Stofftransport oder Energieversorgung. Das Cytoplasma ist der Ort der Proteinbiosynthese. Cytosin Eine der fünf Basen (zusammen mit Thymin, Adenin, Uracil und Guanin), die in den Nucleinsäuren (DNA und RNA) vorkommen und dort durch ihre festgelegte Reihenfolge im Molekülstrang die einzelnen Erbinformationen codieren. Denaturierung Zerstörung einer biologisch aktiven Molekülstruktur. Dies kann z.b. durch Hitze oder mittels verschiedener Chemikalien geschehen. Proteine geben bei ihrer Denaturierung die spezifische Raumstruktur, die hauptverantwortlich für ihre jeweilige Wirkung ist, auf und entfalten sich. Bei der DNA trennen sich als Folge der Denaturierung die beiden Moleküleinzelstränge. Die Temperatur, bei der dies geschieht, ist abhängig von der Basenzusammensetzung des DNA- Strangs und dient bei Gen-Analysen als ein wichtiger Messwert.

6 Desoxyribonucleinsäure Siehe DNA Differenzierung Der Terminus beschreibt den Vorgang der Entwicklung einer Zelle in einem vielzelligen Organismus bis hin zu ihrer in den Erbanlagen vorgesehenen Aufgabe. Vor der Differenzierung sind alle Zellen gleich. Durch Aktivierung bestimmter Gene in der Zelle kommt es dann zur beschriebenen Entwicklung. Die molekularen Vorgänge bei dieser Genregulation sind noch weitgehend ungeklärt. S. Totipotente Zellen DNA = deoxyribonucleic acid. Englischsprachige Abkürzung für Desoxyribonucleinsäure. Chemische Grundsubstanz des Erbmaterials. Enthält codiert die Erbanlagen (Gene) eines Organismus. Im 19. Jahrhundert von Friedrich Miescher in Unkenntnis der Bedeutung des Moleküls entdeckt bewies der amerikanische Wissenschaftler Oswald Avery das Wirken der DNA als Erbsubstanz. Entschlüsselung der Molekülstruktur im Jahre 1953 durch James Watson und Francis Crick (Doppelhelix-Struktur der DNA). Das Molekül besitzt die Fähigkeit, sich selbst zu verdoppeln. In der spezifischen Reihenfolge seiner Bausteine (Nucleotide) speichert die DNA Informationen über Bau und Funktion der Zelle. Seit Anfang der siebziger Jahre wird in den Laboratorien mit DNA experimentiert. So wurde es möglich, das Molekül mit chemischen Scheren reproduzierbar zu schneiden und mit neuen DNA- Abschnitten zu rekombinieren. Auf diesem Prinzip beruht die moderne Gentechnik. DNA-Ligase Dieses Enzym verbindet die Phosphat-Ketten zweier DNA-Einzelmoleküle nach der Aneinanderlagerung der Einzelstränge bei der Basenpaarung. Als Instrument der Gentechnik verschmilzt die DNA-Ligase das aus verschiedenen Lebewesen isolierte bzw. künstlich erzeugte Erbmaterial. DNA-Polymerase Das Enzym baut an einem DNA-Einzelstrang den zweiten Strang mit komplementärer Basenfolge auf. In der Gentechnik kann mit Hilfe der DNA-Polymerase ein einziges DNA-Molekül sehr schnell millionenfach kopiert werden (Polymerase-Kettenreaktion). DNA-Rekombinationstechnik Beschreibt die Gesamtheit aller Methoden zur Neuzusammensetzung von DNA unterschiedlicher Organismen. Man unterscheidet Verfahren, um DNA-Moleküle an ganz bestimmten Stellen zu schneiden (mit Restriktionsenzymen) oder solche zur Verbindung einzelner Moleküle zu großen DNA-Ketten (DNA-Ligase). DNA-Rekombination. Neuzusammensetzung von genetischem Material. Die In-vitro-Rekombination mit dem Entfernen

7 oder dem Einbau von DNA in das Erbgut eines Organismus ist Grundlage der Gentechnik. DNA-Replikation Verdoppelung der DNA. Vor der Zellteilung muss die DNA verdoppelt werden, damit jede der beiden Tochterzellen einen kompletten und identischen Erbanlagen-Satz erhält. Durch die Molekülstruktur der DNA als Doppelhelix kann dies optimal erfolgen: Der durch Bindung zwischen den komplementären Basen zusammengehaltene DNA-Doppelstrang trennt sich, ausgehend von den sogenannten Replikations-Startpunkten wird an jedem der beiden Einzelstränge durch Anlagerung der entsprechenden komlementären Bausteine ein neuer Strang aufgebaut. Die DNA-Polymerase vervollständigt die chemischen Bindungen. Wichtig in der Gentechnik ist nicht allein die Übertragung von Fremd-DNA, sondern die Koppelung der neuen DNA an einen Replikations-Startpunkt. DNA-Sequenz Abfolge der Basen in einem DNA-Molekül DNA-Sonde Auch: Gensonde. DNA-Abschnitt, der zu einem gesuchten Gen komplementär ist und deshalb zu dessen Nachweis dienen kann. Die DNA-Sonde wird radioaktiv oder chemisch markiert und zu einem DNA-Gemisch gegeben. Durch komplementäre Basenpaarung verbindet sich die markierte Sonde mit den gesuchten Fragmenten aus dem Gemisch. Einsatzgebiete: Erkennung von Erbkrankheiten, Vaterschaftsnachweis, DNA-Fingerprinting. DNS Deutsche Abkürzung für Desoxyribonucleinsäure, die Substanz der Erbanlagen. Gebräuchlich ist heute die englische Abkürzung DNA. Doppelhelix Diese Struktur des DNA-Moleküls wurde 1953 von James Watson und Francis Crick erstmals beschrieben. Die beiden Einzelstränge der DNA sind schraubenförmig umeinander gewunden. Dabei stehen sich die Nukleotidbasen im Molekülinnern gegenüber. E. coli siehe Escherichia coli Einzelstrang Eine der beiden Nucleotid-Ketten einer DNA-Doppelhelix.

8 Eiweiß Veralteter Ausdruck für Protein Elektrophorese Methode zur Auftrennung der Einzelbestandteile von Molekülgemischen. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Größe und elektrischen Ladung wandern verschiedene Moleküle im elektrischen Feld unterschiedlich schnell durch oder über einen Träger. Die nach Ablauf der Versuchszeit unterschiedlich weit gewanderten Molekülfraktionen können getrennt aus dem Trägermaterial isoliert werden. Man unterscheidet zahlreiche Arten der Elektrophorese. Die für die Gentechnik bedeutsamste ist die Gelelektrophorese. Elektroporation Methode zur Zellfusion, indem ein elektrisches Feld an eine zellhaltige Lösung angelegt wird. Die Plasmamembranen der Zellen werden dadurch instabil, Zellen können bei Kontakt verschmelzen. Embryonensplitting Verfahren um möglichst viele Nachkommen von züchterisch interessanten Tieren zu bekommen. Nach einer hormonell ausgelösten Superovulation wird künstlich besamt. Einige Tage später werden die Embryonen ausgespült bzw. operativ entnommen. Bis zum 8-Zell-Stadium können die einzelnen Zellen voneinander getrennt werden, wobei sich aus jeder Zelle ein vollständiger Organismus entwickeln kann. Aus einem Embryo können so bis zu acht Nachkommen mit identischem Erbgut gewonnen werden, die dann von Leihmüttern ausgetragen werden. Embryotransfer Einpflanzung eines durch In-vitro-Fertilisation entstandenen Retorten -Embryos im 16-bis-32- Zellstadium in die Gebärmutter einer Frau. Erstmalig Ende der siebziger Jahre des 20. Jahrhunderts in Großbritannien angewandt. Ethische und juristische Bedenken begleiten seit Bekanntwerden dieser Methode die Diskussionen um Für und Wider (z.b die in Deutschland gesetzlich verbotene Leihmutterschaft ). Häufige Anwendung des Embryotransfers in der Tierzucht. Einsatz in der Gentechnik zur Herstellung transgener Tiere. Endonucleasen Spezielle, in der Gentechnik verwendete Enzyme, die DNA- oder RNA-Moleküle zwischen ihren Nucleotid-Bausteinen schneiden können. Zu dieser Enzymgruppe gehören auch die sogenannten Restriktionsenzyme, (=Restriktions-Endonucleasen). Enzym Enzyme sind biologische Katalysatoren. Sie vermitteln bzw. beschleunigen chemische Reaktionen in einem lebenden System, indem sie die Aktivierungsenergie herabsetzen und somit Reaktionen ermöglichen, die unter den in Zellen üblicherweise herrschenden Temperaturen nicht ablaufen würden.

9 Enzyme werden vielfältig industriell eingesetzt, so auch in der Lebensmittelverarbeitung: z.b. Amylasen für die Backwarenherstellung, Cellulasen in der Getränkeindustrie, Proteasen in der Käseproduktion. Etliche Enzyme werden heute durch gentechnisch veränderte Mikroorganismen produziert. Erbinformation Die Gesamtheit aller Informationen, die für Aufbau und Funktion eines lebenden Organismus erforderlich sind und im Zuge der Fortpflanzung an die nachfolgende Generation weitergegeben werden. Jede einzelne Zelle, auch die eines Vielzellers, enthält einen kompletten Satz der Erbinformationen des Individuums. Stoffliche Grundlage der Erbinformation sind die Nucleinsäuren DNA bzw. RNA. Die Wissenschaft der Gentechnik betreibt den mehr oder weniger gezielten Eingriff in die Erbinformation mit dem Ziel, Funktion und Aussehen von Lebewesen zu verändern. Erbmaterial =Erbsubstanz Die stoffliche Grundlage der Erbinformation. Hierbei handelt es sich um die Nucleinsäuren, die als DNA bzw. RNA die Erbanlagen aller auf der Erde lebenden Organismen codieren. Jede lebende Zelle enthält das komplette Erbmaterial seiner Spezies. Bei Prokaryonten liegt es frei in der Zelle, Eukaryonten besitzen einen Zellkern, der das Erbmaterial enthält. S. auch Zelle Escherichia coli =E. coli Ein stäbchenförmiges Bakterium, das auch natürlicherweise im menschlichen Darm vorkommt.e. coli ist der genetisch am besten untersuchte Organismus. Seine Stoffwechselwege sind weitreichend aufgeklärt, dieses Grundlagenwissen über molekulare Mechanismen ist Voraussetzung und Ausgangspunkt für die Gentechniker. Ein Beispiel für den Einsatz von E. coli in der Gentechnik ist die industrielle Produktion von Insulin: Das menschliche Insulin-Gen wurde in E.coli-Zellen eingebracht; die sich in großen Fermentern unter optimalen Wachstumsbedingungen stark vermehrenden Bakterien erzeugen aufgrund ihrer veränderten Erbinformation das artfremde Insulin und geben es in die Nährlösung ab, aus der es isoliert werden kann. essentielle Aminosäuren Hierbei handelt es sich um solche (lebenswichtigen) Aminosäuren, die der Organismus nicht selbst synthetisieren kann, sondern mit der Nahrung aufnehmen muss. Aminosäuren sind als Bausteine der Proteine unentbehrlich. Ethik-Kommissionen Interdisziplinär zusammengesetzte Gremien (z.b. Ärzte, Juristen, Theologen), die Empfehlungen hinsichtlich eines verantwortungsbewussten Einsatzes der Wissenschaften erarbeiten und aussprechen. Vereinfacht gesagt: Nicht alles, was möglich ist, sollte realisiert werden. Die Empfehlungen von Ethik-Kommissionen haben nicht zuletzt Einfluss auf die Gesetzgebung, sollen aber auch im täglichen Handeln etwa von Ärzten Leitlinien und Entscheidungshilfen geben.

10 Evolution Die Lehre von der Abstammung und Entwicklung der Organismen von Einzellern bis zur heutigen Artenvielfalt der Lebewesen, kurz: Abstammungslehre.Die Gentechnik greift mit ihren Methoden in die natürliche Evolution ein, indem künstlich Erbanlagen verändert werden. Exonucleasen Enzyme, die ein Nucleinsäure-Molekül von einem Ende her abbauen. Expression S. Genexpression Fermenter Behälter verschiedener Größen für die Anzucht großer Zellmengen zur Gewinnung von Biomasse oder Stoffwechselprodukten wie Vitaminen oder Enzymen. Andere Bezeichnungen: Chemostat, Bioreaktor. Fertilisation =Befruchtung. S. In-vitro-Fertilisation Freisetzung liegt dann vor, wenn ein gentechnisch veränderter Organismus, meist eine Pflanze, unter Freilandbedingungen zu Versuchs- und Erprobungszwecken in die Umwelt ausgebracht bzw. angebaut wird. Fremd-DNA Ein Stück DNA in einem Organismus, das nicht zum natürlichen Genom dieses Individuums gehört. Die Gentechnik beschäftigt sich eingehend mit dem Einbringen fremder DNA-Abschnitte in Wirtsorganismen mit Hilfe sogenannter Klonierungsvektoren mit dem Ziel, in Organismen bestimmte Eigenschaften zu exprimieren, die von Natur aus nicht zu den Merkmalen der Art gehören. Gen Gene sind DNA-Abschnitte, die die Information zur Bildung eines Proteins enthalten. Zwischen den Genen und dem Gesamtorganismus sowie der Umwelt bestehen Wechselwirkungen, so dass eine rein stoffliche Betrachtungsweise der Gene nicht ausreicht.

11 Gene-Pharming Bildung von Medikamenten in Milch, Urin oder Blut transgener Tiere oder in transgenen Pflanzen (z.b. die Bildung von Impfstoffen). Risiken durch pharmazeutika-produzierende Pflanzen liegen z.b. in der Möglichkeit der unkontrollierten Weitergabe von Genen, s. Auskreuzen. Genetik =Vererbungslehre Begründet von Gregor Mendel, der Mitte des 19. Jahrhunderts durch Kreuzungsexperimente mit Erbsen grundlegende Gesetzmäßigkeiten formulierte (Mendelsche Regeln). Lange Zeit wurde die Genetik als abstrakte theoretische Wissenschaft betrieben, Gesetzmäßigkeiten nur aufgrund von Beobachtungen formuliert. Mit der Identifizierung der DNA als Träger der Erbinformation (O. Avery, 1944) und Aufklärung deren Struktur als Doppelhelix (J. Watson und F. Crick, 1953), wurde der Grundstein für die molekulare Genetik gelegt. Aus den Erkenntnissen und Methoden der molekularen Genetik entwickelte sich dann in den siebziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts die Gentechnik. S. auch Watson-Crick-Modell genetische Information =Erbinformation genetischer Code Die Abfolge der vier verschiedenen Bausteine (Nucleotide) in einem DNA-Molekül bestimmt dessen Erbinformation. Dabei codieren jeweils drei im DNA-Strang benachbarte Nucleotide eine Aminosäure im resultierenden Protein (für 20 verschiedene Aminosäuren, aus denen sich diese Proteine zusammensetzen, existieren somit 64 verschiedene Möglichkeiten, wie die vier Nucleotide zu Tripletts angeordnet sein können). Beginn und Ende einer Aminosäurekette werden ebenfalls durch spezifische Tripletts codiert (Start- und Stopp-Codon). Der genetische Code ist bei allen Lebewesen auf der Erde gleich. Für die Gentechniker bedeutet dies, dass auf molekularer Ebene auch über Artgrenzen hinweg genetisches Material ausgetauscht werden kann. Genexpression Die Ausbildung der Eigenschaft, für die ein Gen codiert. Dies reicht vom Ablesen der Erbinformation bis hin zur Umsetzung in das resultierende Protein. Nicht alle Gene einer Zelle werden auch exprimiert: Da jede Zelle das komplette Genom enthält, sind viele (die meisten) Gene für eine Zelle unbrauchbar. Nur die benötigten Gene werden als Folge komplizierter molekularer Regelmechanismen zeitweise aktiviert und das entsprechende Protein produziert. Genmarker Hiermit ist eine besondere, durch ein entsprechendes Gen definierte Eigenschaft eines Organismus gemeint, die ihn eindeutig von anderen Artgenossen unterscheidet. Sehr bekannte Genmarker sind beispielsweise Antibiotikaresistenzen bei manchen Bakterien. Bringt man eine Bakterienkultur auf einen mit einem Antibiotikum durchsetzten Nährboden auf, so werden nur die

12 Individuen überleben, die ein schützendes Resistenzgen gegen die tödliche Substanz besitzen. Solche Genmarker werden gezielt eingesetzt, um eine geglückte DNA-Übertragung nachzuweisen. S. Markergen Genom Die Gesamtheit aller Gene in einer Zelle. Ein vollständiges Genom enthält den kompletten Bauplan des Organismus. Die Genomgrößen sind artspezifisch und bei den einzelnen Tier- und Pflanzenarten unterschiedlich. Das menschliche Genom umfaßt etwa 3 Milliarden Basenpaare, die kleinsten Viren besitzen Genomgrößen von wenigen tausend Basenpaaren. S. Genomanalyse Genomanalyse Untersuchungen des Genoms mit dem Ziel, Anordnung, Position und Zusammensetzung von Genen festzustellen. Auch zur Entdeckung von Gendefekten werden Genomanalysen vorgenommen. Eine komplette Genomanalyse führt zur Entschlüsselung der Nucleotidsequenz der DNA, also zur Bestimmung der Abfolge aller Einzelbausteine des Moleküls. Die Kenntnis einer vollständigen Nucleotidsequenz eines Genoms bedeutet jedoch nicht die letztendliche Entschlüsselung des Bauplans eines Organismus. Denn neben den eigentlichen Genen existieren im Genom auch längere und kürzere Sequenzen, die für die Regulation der Genexpression bedeutsam sind, aber auch solche, die im Verlaufe der Evolution einer Art ihre Bedeutung ganz verloren haben. Weitgehend ungeklärt sind zudem die Wechselwirkungen der verschiedenen Gene untereinander und mit ihrer Umgebung. Genotyp Im Gegensatz zum Phänotyp, d.h. der äußeren Ausprägung eines Organismus, die auch von Umwelteinflüssen mitgeprägt wird, beschreibt der Genotyp die genetische Konstitution, also die Gesamtheit der genetischen Information des Organismus. Gensonde s. DNA-Sonde Gentechnik Auch: Gentechnologie, engl.: genetic engineering). Seit Anfang der siebziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts die begriffliche Zusammenfassung von molkularbiologischen Verfahren zur Analyse und Neukombination von Erbanlagen. Artgrenzen, die in der konventionellen Züchtung nicht überbrückbar sind, können durch gentechnische Methoden überwunden werden. So können insbesondere Bakterien und Pflanzen durch die Übertragung isolierter Gene völlig neue Eigenschaften erhalten. Integrationsorte und Anzahl der eingebauten Genkopien ins Wirtsgenom sind nicht steuerbar, was unvorhergesehene Folgen nach sich ziehen kann. In der Pflanzen-Gentechnik überwiegen in der Praxis derzeit Entwicklungen zur Erhöhung der Erträge wie HR-Pflanzen und Bt-Pflanzen. Weitere Ziele betreffen die veränderte Nährstoffzusammensetzung (z.b. im Hinblick auf Fettsäuren), einen höheren Vitamingehalt oder die verringerte Bildung unerwünschter Inhaltstoffe. Die Forschung im Bereich transgener Tiere

13 erstreckt sich insbesondere auf Krankheitsresistenzen, beschleunigtes Wachstum, gesteigerte Leistungen sowie die Produktion von Medikamenten (Gene-Pharming). S.auch Auskreuzen, Positionseffekte, Gentechnik-Gesetz (Abk. GenTG) Das Gentechnik-Gesetz regelt in Deutschland den Umgang mit gentechnisch veränderten Organismen. Ziel des Gesetzes ist der Schutz des Menschen wie der belebten als auch der unbelebten Natur vor Gefahren, die aus gentechnischen Arbeiten oder durch gentechnisch veränderte Organismen entstehen können. Ferner setzt es den Rahmen für die Erforschung, Entwicklung, Nutzung und Förderung der Möglichkeiten der Gentechnik. Gentransfer Übertragung von Genen in andere Zellen. S. Gentechnik, Klonierungsvektor, Mikroinjektion, Auskreuzen Gentechnisch veränderter Organismus (Abk. GVO) laut Gentechnik-Gesetz 3 Nr.3 ein Organismus, dessen genetisches Material in einer Weise verändert worden ist, wie sie unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche Rekombination nicht vorkommt. Gewebe Bei vielzelligen Organismen Zusammenschluss vieler Zellen zu einem organisierten Verband zur Erfüllung einer bestimmten Aufgabe (Muskel-, Nerven- oder Fettgewebe). Da alle Zellen eines Organismus die gleiche Erbinformation enthalten, müssen Regulationsmechanismen zur Differenzierung der Genaktivierung existieren, um in den einzelnen Zelltypen eine unterschiedliche Genexpression zu bewirken. Grüne Gentechnik (Agrogentechnik) Hiermit werden gentechnische Verfahren zur Pflanzenzüchtung bezeichnet, die in der Landwirtschaft und im Lebensmittelsektor genutzt werden. Es handelt sich nicht um eine wissenschaftliche Bezeichnung, sondern um einen Begriff, der im allgemeinen Sprachgebrauch genutzt wird. Guanin Eine der fünf Basen (zusammen mit Thymin, Cytosin, Adenin und Uracil), die in den Nucleinsäuren DNA und RNA ) vorkommen und dort durch ihre festgelegte Reihenfolge im Molkülstrang die einzelnen Erbinformationen codieren.

14 haploid Fachbegriff für einfach. Von haploid spricht man im Zusammenhang mit dem Vorhandensein des genetischen Materials in den Zellen höherer Organismen: Ein haploider Chromosomensatz ist in jeder Geschlechtszelle enthalten, jede Körperzelle hingegen besitzt den diploiden (doppelten) Chromosomensatz. Bei der Verschmelzung zweier haploider Geschlechtszellen (Ei- und Samenzelle) entsteht eine diploide Zygote (befruchtete Eizelle). Durch den Vorgang der Reifeteilung (Meiose) entstehen im weiteren Entwicklungsprozess des Individuums wiederum die haploiden Geschlechtszellen. Herbizide Unkrautbekämpfungsmittel, die gegen einzelne Pflanzengruppen (Selektivherbizide) oder gegen alle Pflanzen (Totalherbizide) wirken. Herbizidresistenz Gentechnisch erzielte Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen gegen bestimmte Herbizide. S. HR-Pflanzen HR-Pflanzen Gentechnisch erzeugte herbizidresistente Pflanzen. Sie ermöglichen es, in landwirtschaftlichen Kulturen großflächig Totalherbizide einzusetzen, ohne dass die entsprechenden herbizidresistenten Nutzpflanzen geschädigt werden. HR-Pflanzen wie z.b. Sorten von Sojabohnen, Raps oder Baumwolle sind die derzeit wirtschaftlich bedeutendsten gentechnisch veränderten Pflanzen. Hormon Botenstoff im lebenden Organismus mit der Aufgabe, Informationen über große Entfernungen zwischen verschiedenen Organen zu übertragen. Die Körperzellen besitzen Oberflächenrezeptoren, an die die Hormone andocken, ohne in das Zellinnere zu gelangen. Das mit der Anwesenheit des Hormons am Rezeptor übermittelte Signal wird dann von weiteren molekularen Komponenten dieses Informationssystems in die Zelle weitergeleitet. Chemisch gesehen sind viele Hormone Proteine und damit direkte Produkte der Proteinbiosynthese. Das wiederum macht sie besonders interessant für die Gentechnik. S. rbst, Insulin Impfstoffe =Vakzine Substanz mit abgeschwächten, d.h. nicht infektiösen Erregern, abgetöteten Erregern oder Bestandteilen bzw. Stoffwechselprodukten von Erregern zur Verwendung für eine Impfung. Im geimpften Organismus wird nach Einbringen des Impfstoffs eine Immunreaktion ausgelöst, in deren Ergebnis der Organismus durch Vorhandensein von Antikörpern gegen weitere Attacken des Erregers resistent wird. Einige Impfstoffe wie z.b. gegen die Aujeszkische Krankheit bei Schweinen oder gegen Tollwut bei Tieren werden gentechnisch hergestellt.

15 Insektenresistente Pflanzen s. Bt-Pflanzen Insektizide Substanzen zur Bekämpfung und Tötung von Insekten z.b. im landwirtschaftlichen Anbau von Nutzpflanzen Insertionsort S. Integrationsort Insulin Hormon der Bauchspeicheldrüse zur Regulation des Blutzuckerspiegels. Krankhafter Insulinmangel wird als Zuckerkrankheit (Diabetes) bezeichnet. Für die Behandlung von Diabetikern werden große Mengen Insulin benötigt. Früher gewann man die Substanz aus den Bauchspeicheldrüsen von Schlachttieren. Heute wird Insulin durch gentechnisch veränderte Mikroorganismen hergestellt (Escherichia coli bzw. Hefe). Integrationsort Häufig auch: Insertionsort. Die Stelle im Genom, an der beim Gentransfer die übertragenen Sequenzen eingefügt werden. Der Integrationsort ist in der Regel nicht steuerbar. Daher kann es zu unvorhersehbaren Positionseffekten und pleiotropen Effekten kommen. S. Gentechnik In vitro Ablauf von biologischen Vorgängen im Reagenzglas bzw. einer künstlichen, nicht lebenden Umgebung. Im Gegensatz dazu steht der Begriff in vivo. In-vitro-Fertilisation Befruchtung einer Eizelle durch eine Samenzelle außerhalb des Körpers im Reagenzglas. Zuerst angewandt in der landwirtschaftlichen Tierzucht, beim Menschen erstmals Ende der siebziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts durchgeführt ( Retortenbabys ). Ablauf: Entnahme einer Eizelle aus dem weiblichen Eierstock, Befruchtung innerhalb eines Laboransatzes mit zuvor gewonnenen Spermien, Einpflanzung des befruchteten Eies in die Gebärmutter. Die In-vitro-Fertilisation ist keine Methode der Gentechnik, da nicht in Erbanlagen eingegriffen wird. In vivo Biologische Vorgänge, die im lebenden Organismus ablaufen. Im Gegensatz dazu steht in vitro.

16 Kanamycin Antibiotikum zur Bekämpfung bestimmter bakterieller Krankheitserreger. Die Kanamycinresistenz kann als Genmarker verwendet werden (s. Antibiotika, Markergen, Genmarker, Antibiotikaresistenz). Keimbahn Die Zellen, die bei der geschlechtlichen Fortpflanzung die entscheidende Rolle spielen: Ei- und Samenzellen. Sie werden von Generation zu Generation weitergegeben. Manipulationen an Keimbahnzellen würden direkt weitervererbt werden. Gentechnische Eingriffe in das genetische Material von Keimbahnzellen des Menschen sind verboten Kerntransfer Auch: Kerntransplantation Übertragung des Zellkerns aus einer Zelle in eine andere, der man zuvor den Zellkern entfernt hat. Klon Gruppe von Molekülen, Zellen oder Organismen, die alle aus einem Vorläufer hervorgegangen sind und die gleiche Erbinformation besitzen. Ein bekannter Klon unserer Tage ist das Schaf Dolly, das als genetisch identische Kopie aus einer Euterzelle eines ausgewachsenen Schafes geklont wurde. Derzeit erreichen lediglich rund zwei Prozent der geklonten tierischen Embryonen das Geburtsstadium. Eineiige Zwillinge sind auf natürliche Art entstandene Klone. Auf molekularer Ebene bedeutet klonen die Vervielfältigung eines bestimmten Nucleinsäureabschnitts. klonieren =biochemische DNA-Rekombination Klonierte DNA sind die durch Replikation von einer Ausgangs-DNA hergestellte identische Kopien. Ziel der molekularen Kloniertechniken: Vermehrung der zu untersuchenden DNA um viele Größenordnungen. Vorgang (vereinfacht): Der zu klonierende DNA-Abschnitt wird in einen Klonierungsvektor (meist ein Plasmid oder ein Virus) eingebaut, dieser in eine Zelle eingeschleust und fortan bei jeder Zellteilung vermehrt. Klonierungsvektor Hilfsmittel bei der Herstellung von klonierter DNA: Der zu replizierende DNA-Abschnitt muß in eine Wirtszelle eingeschleust und in ihr vermehrt werden. Dazu werden sogenannte Klonierungsvektoren benutzt (meist ein Plasmid oder ein Virus), in die das DNA-Fragment eingebaut wird. Gebunden an diesen Vektor wird die Fremd-DNA dann in die Wirtszelle eingeschleust.

17 Knöllchenbakterien s. Stickstofffixierung Koexistenz Im Zusammenhang mit Gentechnik bedeutet Koexistenz das Nebeneinander, ohne Austausch der genetischen Informationen, verschiedener Anbauformen: Der Anbau gentechnisch veränderter Pflanzen, der konventionelle Anbau ohne Gen-Pflanzen und der ökologische Landbau. Krebsmaus Patentierter Stamm transgener Mäuse, deren Zellen mit gentechnischen Methoden eingeschleuste Oncogene (Krebsgene) enthalten. Die Tiere erkranken garantiert an Krebs und werden als Tiermodell in der Krebsforschung eingesetzt. Die Krebsmaus war das weltweit erste gentechnisch veränderte Tier. S. auch Patent Kreuzung auch: Kreuzungszüchtung Klassische Methode der Tier- und Pflanzenzüchtung. Paarung von Organismen unterschiedlicher Erbanlagen, d.h. verschiedener Rassen oder Linien mit dem Ziel, dass gewünschte Eigenschaften in den nachfolgenden Generationen in verstärkter Form auftreten. Künstliche Befruchtung s. In-vitro-Fertilisation Markergen Genübertragungen sind nur bei wenigen Pflanzenzellen erfolgreich. Markergene dienen dazu, den Erfolg eines Gentransfers zu überprüfen, indem sie es ermöglichen, die gentechnisch veränderten aus der Menge der nicht gentechnisch veränderten Pflanzenzellen zu selektieren. Zu diesem Zweck werden die DNA-Sequenzen, die in die Empfängerzellen übertragen werden sollen, mit Markergenen gekoppelt. Bislang wurden hierfür vorwiegend Antibiotikaresistenzgene verwendet. Aus Gründen des Gesundheitsschutzes werden ab 2005 in der Europäischen Union keine GVO (s. Gentechnisch veränderter Organismus) mehr zugelassen, die Antibiotikaresistenzmarker besitzen. Für Freisetzungsversuche gilt diese Frist bis 2008 S. auch Genmarker Mehrfachresistenz Resistenz ist die Fähigkeit von Organismen, gegen normalerweise schädigende Substanzen unempfindlich zu sein. Besonders bekannt sind die Antibiotikaresistenzen von Bakterien, die in der medizinischen Therapie Schwierigkeiten bereiten. Mehrfachresistenz bedeutet in diesem Fall Immunität gegenüber zwei oder mehr Antibiotika.

18 Metabolismus =Stoffwechsel Die Gesamtheit aller innerhalb einer Zelle bzw. eines Organismus ablaufenden biochemischen Reaktionen. Man unterscheidet den Anabolismus (aufbauender Stoffwechsel) und den Katabolismus (abbauender Stoffwechsel). Metabolit Stoffwechselprodukt als Folge von chemischen Umsetzungen in einem lebenden Organismus. S. Metbolismus Mikrobiologie Der Wissenschaftszweig der Mikrobiologie als Ableger der Biologie (Lehre von der belebten Natur) beschäftigt sich mit den großen Gruppen der Pilze, Bakterien und Viren. Die Erkenntnisse der Mikrobiologen sind unentbehrliche Grundlage der modernen Molekularbiologie und Gentechnik. Mikroinjektion Gängiges Verfahren zur Erzeugung transgener (Säuge-)Tiere. Das per Mikromanipulator durchgeführte Einbringen einer flüssigen Substanz in eine einzelne Zelle mit Hilfe einer feinen Glaskanüle. Auf diese Weise kann ein DNA-Abschnitt gezielt in eine bestimmte Zelle verbracht und dort in das vorhandene genetische Material eingebaut werden. S. Gentechnik, Integrationsort Mikroorganismen Mikroskopisch kleine Organismen wie Pilze, Bakterien und Viren. Milchproduktion Siehe Turbo-Kuh Molekularbiologie Teilgebiet der Biologie, das sich mit den zellulären Vorgängen auf molekularer Ebene beschäftigt. In den Wissenschaftsbereich der Molekularbiologie fällt die Gentechnik. Mutagen Substanz oder Einwirkung, die eine Mutation auslöst. Mutagene sind beispielsweise bestimmte Chemikalien, Röntgen- oder UV-Strahlung.

19 Mutante Zelle oder Organismus, in der/dem eine Mutation stattgefunden hat. Dadurch unterscheidet sich die Mutante von der Normalform (Wildtyp). Die Beobachtung und Beschreibung von Mutanten war in den Zeiten vor Entdeckung der Prinzipien der molekularen Genetik die einzige Möglichkeit, Veränderungen des Erbgutes eines Organismus zu erforschen. Mutation Vererbbare Veränderungen im Erbgut eines Organismus. Mutationen können sich auf einzelne Nucleotide, auf Chromosomen oder auf das ganze Genom beziehen. Sie treten zufällig auf, können aber auch künstlich ausgelöst werden (s. Mutagen) Neukombination von Genen s. DNA-Rekombination Nuclease Nucleinsäuren abbauendes Enzym, das in der Gentechnik gezielt eingesetzt wird, um Erbmaterial zu bearbeiten. Es gibt verschiedene Nucleasen, die sich jeweils in ihrer Wirkungsweise unterscheiden (Exonucleasen zerlegen ein Nucleinsäuremolekül vom Ende her, indem ein Nucleotid nach dem anderen abgelöst wird, Endonucleasen zerteilen einen Nucleinsäurestrang innerhalb der Nucleotidkette). Nucleinsäuren Chemische Bezeichnung für das Material, aus dem das Erbgut aller lebenden Organismen besteht. Man unterscheidet mit DNA und RNA zwei große Gruppen von Nucleinsäuren: Vereinfacht ausgedrückt ist die DNA für die Speicherung und Weitergabe der Erbinformationen zuständig, während die RNA mit ihren Untergruppen mrna, rrna und trna eine wichtige Rolle bei der Informationsübertragung und -umsetzung innerhalb der Zelle spielt. Nucleinsäuren sind meist langkettige, aus Einzelbausteinen (Nucleotide = Zucker-Phosphat- Grundgerüst mit einer seitlich abstehenden Base) aufgebaute Moleküle. Zwei solcher Nucleinsäurestränge sind bei der DNA als Doppelhelix umeinander gewunden, während die RNA normalerweise als Einzelstrang vorliegt. Nucleotide Bausteine der Nucleinsäuren DNA und RNA, bestehend aus drei chemischen Gruppen: einer Phosphatgruppe, einem Zuckerrest und einer Base. Die Phosphatgruppe ist bei allen Nucleinsäuren gleich. Den Zuckerrest bildet bei den RNA-Nucleotiden die Ribose, in der DNA findet sich Desoxyribose. Bei den Basen finden sich ebenfalls Unterschiede zwischen den beiden Nucleinsäurearten: In der DNA kommen vier verschiedene Basen vor (Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T)), in der RNA sind es ebenfalls vier, nur ist im Unterschied zur DNA das Thymin durch Uracil (U) ersetzt. Die Reihenfolge der Nucleotide in der DNA bestimmt die Erbinformation des Organismus.

20 Nucleotidsequenz Reihenfolge der Nucleotide in einem Nucleinsäure-Molekül. In der DNA speichert sie die Erbinformation. Mit der Methode der DNA-Sequenzanalyse kann die Nucleotidsequenz eines DNA-Abschnitts exakt bestimmt werden. S. Basen, Genetischer Code, Genomanalyse Nutzpflanzen Pflanzen, die die Bedürfnisse des Menschen nach Nahrung, Kleidung u.a. erfüllen und deshalb oft schon seit Tausenden von Jahren angebaut werden. (Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Kulturpflanzen). Im Laufe der Zeit wurden die gewünschten Eigenschaften durch Zucht ständig weiterentwickelt und verbessert. S. auch Gentechnik, HR-Pflanzen, Bt-Pflanzen Nutztiere Tiere, die durch sich selbst oder ihre Produkte bestimmte Bedürfnisse des Menschen, z.b. nach Nahrung, Mobilität, Geselligkeit befriedigen und die deshalb oft schon seit Jahrtausenden selektiert und weitergezüchtet werden. S. Zucht, Nutzpflanzen. Ökologie Teilgebiet der Biologie, das sich mit den Wechselbeziehungen zwischen den Organismen und der belebten und unbelebten Umwelt befasst. Ökosystem Wirkungsgefüge einer Lebensgemeinschaft (Biozönose) und deren Lebensraum (Biotop) mit all seinen wechselseitigen Beziehungen. Patent Schutzrecht für industriell nutzbare Erfindungen. Mit der Patenterteilung wird zugleich das Recht auf wirtschaftliche Nutzung geregelt. Die Erfindung wird vom Antragsteller in der sogenannten Patentschrift exakt beschrieben und diese beim zuständigen Patentamt (z.b. beim Deutschen bzw. Europäischen Patentamt in München) eingereicht. Die umstrittene Frage, ob lebende Organismen patentfähig seien, ist zwischenzeitlich von amtlicher Seite entschieden worden: Zahlreiche Patente wurden bereits auf gentechnisch veränderte Organismen vergeben. Somit kann ein Bakterienstamm, der durch gentechnische Veränderung ein bestimmtes Protein produziert, patentrechtlich geschützt werden. Dies gilt ebenfalls für Tiere, die mit menschlichen Zellen oder Organen versehen wurden. S. auch Terminator-Saatgut, Krebsmaus pathogen Krankmachend, krankheitsauslösend. Beispielsweise sind viele Bakterien und Viren pathogen, erzeugen also in anderen Organismen Krankheiten.

21 PCR =polymerase chain reaction s. Polymerase-Kettenreaktion Peptid Kettenmolekül aus mehreren miteinander verbundenen Aminosäuren. Oligopeptide bestehen aus wenigen Aminosäurebausteinen. Polypeptide sind längerkettige Moleküle (mit mehr als zehn Aminosäuren), die auch als Proteine bezeichnet werden. Pestizide Substanzen zur Bekämpfung von Unkraut, Schädlingen und Krankheiten an Kulturpflanzen. S. Herbizide, Bacillus thuringiensis, HR-Pflanzen, Bt-Pflanzen Petunien Zierpflanzen, im Zusammenhang mit der Gentechnik bekannt geworden durch den ersten in Deutschland durchgeführten und heftig umstrittenen Freisetzungsversuch gentechnisch veränderter Pflanzen im Jahre Der Freisetzungsversuch ist ein Beispiel für unvorhergesehene Wirkungen im Zuge gentechnischer Eingriffe: Die Petunien sollten durch ein eingefügtes Mais-Gen lachsrot blühen. Diese Eigenschaft zeigte sich zwar im Gewächshaus, nicht aber im Freiland, wo zudem noch andere unerwartete Effekte wie z.b. geringere Fruchtbarkeit und vermehrtes Blattwachstum auftraten. S. Positionseffekte, Pleiotrope Effekte, Gentechnik Pflanzenschutzmittel s. Pestizide Pflanzentumor Krebsartige Wucherung von Pflanzenzellen, die durch bestimmte Erreger ausgelöst werden können (z.b. durch Agrobacterium tumefaciens mit dessen Ti-Plasmid). Phänotyp Das äußere Erscheinungsbild eines Organismus; wird bestimmt durch den Genotyp sowie einwirkende Umwelteinflüsse. Plasmid Kleine, meist ringförmige DNA-Moleküle, die nicht zum eigentlichen Genom eines Organismus zählen, sondern zusätzlich in der Zelle vorkommen können. Plasmide tragen Gene, die auch durchaus von der Zelle in den Stoffwechsel einbezogen werden. So sind die Gene für Antibiotikaresistenzen auf Plasmiden lokalisiert. Ein Plasmid kann sich selbstständig replizieren, so dass es auch nach einer Zellteilung in beiden Tochterzellen vorhanden ist. Plasmide werden in der Gentechnik als sogenannte Klonierungsvektoren verwendet. Man baut die betreffenden Gene in ein Plasmid ein und schleust dieses dann in die gewünschte Wirtszelle,

22 in der das Gen dann zusammen mit dem Plasmid vermehrt wird. S. auch Ti-Plasmid Pleiotrope Effekte Zusammenfassende Beschreibung der Tatsache, dass ein Gen für die Ausbildung mehrerer Merkmale verantwortlich sein kann. So können durch die Integration der übertragenen DNA in das Wirtsgenom Gene inaktiviert werden. Dies kann unvorhergesehene Risiken beinhalten, wenn z.b. Gene inaktiviert werden, die am Abbau von Toxinen beteiligt sind: Die gentechnisch veränderten Nahrungsmittel könnten dann eine veränderte Toxizität aufweisen. S. Positionseffekte, Gentechnik Pollen Auch: Blütenstaub Die männlichen Geschlechtszellen der Blütenpflanzen. Polymerase Enzym für den Aufbau von DNA- oder -RNA-Molekülen aus den einzelnen Nucleotiden (DNAoder RNA-Polymerase). Die korrekte Sequenz der Einzelbausteine wird von einer sogenannten Matrize bestimmt: An jedem Einzelstrang der DNA-Doppelhelix wird ein neuer komplementärer Strang synthetisiert, ebenso wird an einer stellenweise geöffneten Doppelhelix das entsprechende RNA-Molekül für die Genexpression hergestellt. Die Polymerase ist ein wichtiges Instrument für die Gentechnologen zur Herstellung von DNA-Fragmenten. Polymerase-Kettenreaktion Auch: PCR (= polymerase chain reaction). Eine seit 1983 bekannte Methode der Molekularbiologie zur schnellen Herstellung größerer Mengen einer bestimmten DNA-Sequenz. Mit ihrer Hilfe können bereits winzigste Mengen DNA vervielfältigt werden. Anwendung zur Identifizierung gentechnisch veränderter Lebensmittel, in der Diagnostik, bei Gentests und in der Gerichtsdiagnostik. Bei der PCR werden beide Stränge der DNA-Doppelhelix geöffnet und das Enzym Polymerase zugesetzt. Bei geeigneten Reaktionsbedingungen wird an jedem DNA-Einzelstrang ein neuer komplementärer Gegenstrang synthetisiert. Daraufhin werden die Doppelstränge erneut aufgetrennt und der Synthesevorgang neu gestartet. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis eine ausreichende Menge DNA vorliegt. Positionseffekte Die durch Gentransfer neu eingeführte DNA-Sequenz kann je nach Integrationsort durch das umliegende Wirtsgenom beeinflusst werden. Die daraus resultierenden Auswirkungen sind nicht vorhersehbar. S. Pleiotrope Effekte, Petunien Promotor DNA-Abschnitt, der der RNA-Polymerase die Anheftung und damit den Beginn der Transkription ermöglicht. Ein Gen ohne entsprechende Promotor-Region kann nicht abgelesen, das resultierende Protein folglich nicht synthetisiert werden.

23 Proteine Lebenswichtige makromolekulare Verbindungen, die Bestandteile der Zellen aller Organismen sind. Sie bestehen aus vielen miteinander verketteten Aminosäureresten, deren exakte Reihenfolge die Primärstruktur des Proteins ausmacht. Ein Proteinmolekül nimmt aufgrund der chemischen Struktur und Ladung seiner Aminosäurekomponenten eine bestimmte dreidimensionale Lage in der Zelle ein, die für seine Funktion (Stützfunktion, Bewegung in Muskeln, Reizleitung, Transport und Speicherung, Immunabwehr, Katalyse u.v.m.) entscheidend ist. Insgesamt 20 verschiedenen Aminosäuren sind am Aufbau der Proteine beteiligt. Das Erbgut eines Organismus enthält die Informationen für die kompletten Aminosäuresequenzen aller Proteine, die der jeweilige Organismus synthetisieren kann. Das Ablesen der genetischen Information führt über genau festgelegte Stoffwechselwege zur Synthese des entsprechenden Proteins. Proteinbiosynthese Die Synthese der Proteine innerhalb der Zelle. Dazu wird die genetische Information am entsprechenden Abschnitt des DNA-Moleküls abgelesen (Transkription) und in Form der mrna zum Ort der Proteinbiosynthese transportiert. Dort erfolgt die sogenannte Translation, die Übersetzung der RNA-Nucleotidsequenz in die Aminosäuresequenz des Proteins mit dem Zwischenprodukt trna. Proteindesign Die Konstruktion neuer, in der Natur nicht vorkommender Proteine bzw. die Abwandlung bekannter Proteine. Mit Hilfe der dreidimensonalen Darstellung eines Proteinmoleküls auf dem Computerbildschirm kann mit geeigneter Simulationssoftware die räumliche Struktur eines Proteins für seine enzymatische Aufgabe optimiert werden. Aus der am Computer entworfenen tertiären Molekülstruktur errechnet die Software die zugehörige Primärstruktur, also die Aminosäuresequenz des Proteins. Daraus wiederum ergibt sich nach den Gesetzen des genetischen Codes die erforderliche Nucleinsäuresequenz des für das Protein codierenden DNA- Abschnitts (Gen). Schlussendlich erfolgt die Übertragung des konstruierten Gens in eine geeignete Wirtszelle, die im Erfolgsfall das Protein produziert sowie die Erbinformation dafür an die folgende Zellgeneration weitergibt. Raumstruktur Die dreidimensionale Struktur eines Moleküls, die für die korrekte Funktion unerlässlich ist. rbst =recombinant bovine somatotropin rekombinantes Rinderwachstumshormon, von genveränderten Mikroorganismen produziert. Werden Kühe regelmäßig mit rbst gespritzt, erhöht sich die Milchproduktion z.t. beträchtlich. In den USA ist rbst seit 1994 zugelassen, in der EU ist es unter Hinweis auf Probleme der Tiergesundheit verboten. S. Wachstumshormon, Turbo-Kuh