Gentechnik. Einführung in Prinzipien und Methoden. Herausgegeben von Hans Günter Gassen und Klaus Minol

Transkript

1 Gentechnik Einführung in Prinzipien und Methoden Herausgegeben von Hans Günter Gassen und Klaus Minol Unter Mitarbeit von Heribert Appelhans Thorsten Bangsow Wolfgang Bender Sabine Bertram Volker Eckert Constanze Friemert Horst Hasskarl Gerd Klock Stefanie Köhler Bernd König Thomas Schäfer Wolfgang Schumann Kristina Sinemus Ute Urmann 4., neubearbeitete Auflage 206 Abbildungen und 43 Tabellen Gustav Fischer Verlag Stuttgart Jena

2 Inhalt 1 Morphologie und Funktion von Zellen Die Unterteilung in Pro- und Eukaryoten Struktur und Eigenschaften der Eubakterien Die Struktur eukaryotischer Zellen Posttranslationale Modifikationen von Proteinen Protozoen Tierische Zellen Zellkulturen Krebszellen Pflanzliche Zellen Pilze 35 2 Nucleinsäuren und Proteine als molekulare Komponenten der Zelle Eigenschaften des Mediums Wasser Die Chemie der Nucleinsäuren ; Die Chemie der Aminosäuren und Proteine 54 3 Der genetische Apparat Einleitung Die Replikation der DNA Die Transkription der DNA in mrna-moleküle Die Transkription der DNA in rrna- und trna-moleküle Der genetische Code Die Translation der mrna in Proteine Die Regulation der Translation Die Sekretion von Proteinen 89 4 Das Enzymrepertoire der Gentechnologen: Restriktionsendonucleasen und andere Enzyme Allgemeines Restriktionsendonucleasen Fragmentierung der DNA durch Restriktionsenzyme DNA-Methylasen zum Blockieren von Restriktionsstellen Kinasen, Phosphatasen und Ligasen: Enzyme zur Reparatur des DNA-Doppelstranges Polymerasen 107

3 X Inhalt 4.7 Die katabolischen Nucleinsäure-Enzyme: Endonucleasen und Exonucleasen Wie macht sich die Gentechnik Enzymaktivitäten zunutze? Vektoren für die Übertragung von genetischer Information in lebende Zellen Prokaryotische Vektoren Eukaryotische Vektoren Wirtssysteme für neukombinierte DNA Einleitung Klonieren in prokaryptischen Systemen Klonieren in niederen eukaryotischen Systemen Genklonierung und Genexpression in höheren Zellen «Genetic engineering»: Anpassung von Genen an ein Expressionssystem Vorteile gentechnisch hergestellter therapeutischer Proteine Beispiele gentechnischer Proteinherstellung in Medizin und Industrie Anlage von Genbibliotheken Die genomische Genbibliothek Die cdna-genbank Die Suche nach dem richtigen Klon Die Identifizierung von Transformanten Insertionsinaktivierung («insertional inactivation») Methoden, die auf einem geänderten Genotyp beruhen: die Koloniehybridisierung und die Analyse nach Southern Restriktionsanalyse positiver Klone Hybrid-arretierte- und Hybrid- Freisetzungstranslation Identifizierung von Klonen anhand der Genprodukte Immunologische Nachweismethoden zur Identifizierung spezifischer Translationsprodukte Wege zur Erhöhung der DNA- und Proteinausbeute Einleitung Erhöhung der Gendosis durch Multicopy-Plasmide

4 Inhalt XI 9.3 Erhöhung der Genexpression durch Fusion des Strukturgens an regulierbare Promotoren Sekretion von Human-Leukocyten-Interferon durch Bacillus subtilis Sequenzbestimmung von Nucleinsäuren und Proteinen Die DNA-Sequenzierung Die Sequenzierung von Ribonucleinsäuren Proteinsequenzierung: das Comeback einer alten Methode Chemische Synthese von DNA-Fragmenten Überblick Phosphotriester- und Phosphitmethode, die neuen Konzepte in der DNA-Synthese Festphasensynthesen von Oligonucleotiden: die Synthese am polymeren Träger Automaten zur Gensynthese Oligonucleotidsynthesen nach der Papierfiltermethode Reinigung und Charakterisierung der DNA-Fragmente Die Enzyme zur DNA-Synthese Die Verwendung kurzer synthetischer DNA-Fragmente in der Gentechnik Die chemische Synthese von Strukturgenen Die Verwendung synthetischer DNA-Fragmente in der gerichteten Mutagenese Die chemische Synthese von RNA-Fragmenten definierter Sequenz Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) Einleitung Der Mechanismus der Polymerase-Kettenreaktion Spezielle PCR-Techniken Analyse von PCR-Produkten Die verschiedenen Anwendungsgebiete der PCR Gendiagnose Übersicht Anwendungsgebiete der Gendiagnostik 322

5 XII Inhalt 13.3 Angewandte Techniken in der Gendiagnose Beispiele zur humanen Gendiagnostik Gentherapie Somatische Gentherapie und Keimbahntherapie Gentherapie-Strategien Einschleusung von DNA in Zellen Anwendungsbeispiele Ungelöste Probleme und neue Ansätze bei der Gentherapie Das «human genome project» Einleitung Methoden zur Aufklärung komplexer Genome Transgene Pflanzen Einleitung Klassische Züchtungsmethoden Zeil- und Gewebekulturen zur Pflanzenzucht Gentechnische Verfahren Ziele der gentechnischen Veränderung von Nutzpflanzen Freisetzungen von gentechnisch veränderten Pflanzen Mögliche Risiken transgener Pflanzen Zukunftsperspektiven Transgene Tiere Methoden zum Transfer von genetischem Material in die Keimbahn Chimären entwickeln sich aus gentechnisch veränderten embryonalen Stammzellen Nachweis der Transgenität und der Fremdgenaktivität Entstehung von transgenen Linien Gezieltes Ausschalten von Genen durch Insertionsmutagenese («knock out») Inaktivierung von Genen durch Antisense-Technik oder Ribozyme Zerstörung bestimmter Zelltypen durch Transgene Identifikation von entwicklungsgesteuerten Genen mit Hilfe von Transgenen Verwendung von gezielt genetisch veränderten Tieren.. 439

6 $ Inhalt XIII 18 Wirtschaftspotentiale der Biotechnologie Der Wandel in der Biotechnologie: von der mikrobiologischen Nahrungsmittelproduktion zur Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts Die kommerzielle Biotechnologie in der medizinischen und pharmazeutischen Forschung Perspektiven und Prognosen für die kommerzielle Biotechnologie Bewertung von Gentechnik: ethische Urteilsbildung angesichts einer modernen Technologie Rahmenbedingungen ethischer Urteilsbildung Bewertung von Gentechnik: der technikinduzierte Ansatz Der problemorientierte Ansatz: zur Struktur eines Urteilsbildungskonzepts Ansätze konkreter ethischer Urteilsbildungsprozesse Grundzüge des Gentechnikrechts Anliegen und Zweck des Gentechnikrechts Gesetzesentstehung Gegenstand der Regelungen des GenTG Begriffsdefinitionen Durchführung gentechnischer Arbeiten in gentechnischen Anlagen Freisetzung und Inverkehrbringen von gentechnisch veränderten Organismen Rechtspflichten nach erteilter Genehmigung oder erfolgter Anmeldung Bußgeldvorschriften und Strafvorschriften Gesetzesnovelle 497 Fach- und Sachbuchauswahl 499 Register 503