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Bestandteile lebender Zellen

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<strong>Bestandteile</strong> <strong>lebender</strong> <strong>Zellen</strong><br />

Wasser (H 2<br />

O - 80 %), das restliche Zelltrockengewicht enthält<br />

Protein/Eiweiss (Enzyme, Hüllproteine - 50 %),<br />

Fette (Lipide, Cholesterin - 20% ),<br />

Zucker (Glykogen, Kohlenhydrate - 20%)<br />

Nukleinsäuren (DNA/RNA - 5-10 %).<br />

Desoxyribonukleinsäure - DNA - Doppelsträngig (Zucker, Phosphor, Basen)<br />

Ribonukleinsäure - RNA - Einzelsträngig (Zucker, Phosphor, Basen)<br />

Ein Mensch von 100 kg enthält<br />

daher ~ 0.2 kg DNA/RNA.<br />

Ein Mensch besteht<br />

aus ~5x10 14 Körperzellen.<br />

DNA/RNA ist in jeder Körperzelle<br />

enthalten (~ 6x10 -12 g, ~6 pg) und<br />

liegt in Chromosomen vor.


Genom und Chromosomen<br />

Chromosom<br />

Zelle<br />

Was ist ein Genom?<br />

Das Genom kann man sich<br />

als Buch vorstellen.<br />

Das Buch hat mehrere<br />

Kapitel, jedes wird ein<br />

Chromosom genannt.<br />

DNA<br />

Karyogramm: menschliche<br />

Chromosomen


Gene und Genprodukte<br />

Jedes Kapitel enthält viele<br />

tausend Geschichten, die<br />

Gene.<br />

Es enthält die Information<br />

für ein oder mehrere Gen-<br />

Produkte (meist Proteine).


Codons und Basen<br />

Jede Geschichte besteht aus<br />

vielen Wörtern, den Codons.<br />

Jedes Wort besteht aus<br />

Buchstaben, den Basen.<br />

Alle Wörter haben 3 Buchstaben,<br />

aus den Basen Adenin, Thymin,<br />

Cytosin, Guanin.<br />

Die Abfolge der Basen bestimmt<br />

die Information eines Gens.


Die DNA kodiert den Bauplan<br />

eines Organismus<br />

DNA RNA<br />

Protein<br />

(Aminosäuren)<br />

„Eiweiss“


Von der DNA zum Protein


Der genetische Code<br />

Degeneration des<br />

genetischen Codes:<br />

Die Anzahl der Codons<br />

für verschiedene<br />

Aminosäuren ist<br />

unterschiedlich (1-6);<br />

4 Satzzeichencodons:<br />

1 Startcodon AUG<br />

3 Stopcodons<br />

(Terminationscodons,<br />

nonsense codons)<br />

Zentrum f. Angewandte Genetik


Aufbau des DNA-Doppelstrangs<br />

Doppelstrangs<br />

je 3 Nukleotide<br />

kodieren für<br />

1 Aminosäure<br />

Base (A, T, C, G)<br />

Ribose<br />

Phosphat<br />

Nukleotid<br />

Basenpaarung:<br />

jedem Adenin (A) liegt ein Thymin (T) gegenüber<br />

jedem Guanin (G) liegt ein Cytosin (C) gegenüber<br />

Wasserstoffbrückenbindungen halten<br />

die beiden komplementären Stränge<br />

zusammen


Aufklärung der DNS-Struktur<br />

Struktur<br />

• Die beiden Stränge sind komplementär<br />

zueinander und antiparallel (Doppelhelix-<br />

Struktur)<br />

• Implikationen aus der DNA-Struktur:<br />

– Sequenz der Nukleotide für genet.<br />

Information verantwortlich<br />

– Replikationsmodell<br />

• Nobelpreis 1962 für J. Watson u. F. Crick<br />

(34 Angström<br />

= 3,4 nm)<br />

DNS-Doppelhelix nach James Watson<br />

& Francis Crick, Nature, 1953<br />

Zentrum f. Angewandte Genetik


Zellteilung - Veränderungen in der DNA -<br />

Mutationen<br />

DNA<br />

DNA<br />

**<br />

+<br />

DNA<br />

*<br />

+<br />

*<br />

*<br />

+<br />

z. Bsp. Krebszelle


Veränderungen in der DNA –<br />

Folgen von Mutationen<br />

Genetische Defekte (Mutationen) in der<br />

DNA von Körperzellen (somatische<br />

Mutationen) sind oft Ursache für<br />

sporadische Krebserkrankungen<br />

Körperzellen<br />

Genetische Defekte (Mutationen) in der<br />

DNA von Keimzellen wie Spermien und<br />

Oozyten (konstitutionelle Mutationen)<br />

passieren die Keimbahn und führen zu<br />

„erblichen Krebserkrankungen“ oder<br />

Erbkrankheiten<br />

Keimzellen


Anzahl der Chromosomen in<br />

verschiedenen Lebewesen<br />

Normale Chromosomenanzahl in einigen Lebewesen*<br />

Bakterien 1 Biene (weiblich) 32<br />

Fruchtfliege 8 Fuchs 34<br />

Roter Klee 14 Katze 38<br />

Gartenerbse 14 Maus 40<br />

Bäckerhefe 16 Ratte 42<br />

Mais 20 Kaninchen 44<br />

Frosch 26 Mensch 46<br />

Hydra 30 Huhn 78<br />

* diploider Chromosomsatz, außer bei der Bäckerhefe: haploider<br />

Chromosomensatz<br />

Quelle: Inst. f. Genetik, VBC Wien


Anzahl der Gene einiger vollständig<br />

sequenzierter Genome<br />

Mensch Kresse Wurm Fruchtfliege Hefe Tuberkulose-Bakterium<br />

31.000 26.000 18.000 13.000 6.000 4.000<br />

Mensch: ca. 45.000 Gene<br />

neuere Schätzungen: zw. 30.000 und 100.000


Genomgrößen <strong>lebender</strong> Organismen<br />

Organismus<br />

Mio.<br />

Basenpaare<br />

Darmbakterium 4,7<br />

Hefe 15<br />

Nematode 80<br />

Fruchtfliege 155<br />

Huhn 1.000<br />

Mensch 2.800<br />

Maus 3.000<br />

Mais 15.000<br />

Salamander 90.000<br />

Lilie 90.000<br />

Quelle: ?


Die Gene des Menschen<br />

Der Mensch hat etwa 40.000 – 70.000 Gene.<br />

Jedes Gen ist in 2 Kopien vorhanden, denn jedes Chromosom<br />

gibt es doppelt, je eines stammt von Mutter und Vater.<br />

(Das gilt jedoch nur für Nicht-Geschlechtschromosomen.)<br />

Der Mensch hat 2 x 23 = 46 Chromosomen.<br />

Das humane Genom besteht aus ~3x10 9 (3 Milliarden)<br />

Basenpaaren.<br />

Das Genom ist in JEDER der ~5x10 14 Körperzellen vorhanden.<br />

JEDE Zelle enthält 1 Genom, mit ~6x10 -12 g DNA (6 pg).<br />

Quelle: Inst. f. Genetik, VBC Wien


DNA – Mengen und Längen<br />

DNA in jeder menschlichen Zelle:<br />

DNA in einem menschlichen Körper:<br />

46 Chromosomen<br />

6 Milliarden Basenpaare<br />

2 Meter lang<br />

6 Picogramm = 6x10 -12 Gramm<br />

650 x Erde – Sonne und zurück<br />

DNA-Produktion für rote Blutkörperchen: Wien – Miami in 1 Sekunde<br />

DNA-Aufnahme mit täglicher Nahrung:<br />

ca. 1 Gramm


Definition der Gentechnik<br />

Die Gentechnik umfasst alle Methoden zum<br />

Nachweis und zur Isolierung von Erbmaterial (DNA).<br />

Gentechnische Verfahren ermöglichen eine gezielte<br />

Veränderung, und Einbringung von neu<br />

kombinierter DNA in eine andere biologische<br />

Umgebung.


Gentechnik ist NICHT...<br />

• Klonen, das heißt die Herstellung genetisch identer<br />

Organismen aus normalen Körperzellen.<br />

• In vitro Fertilisation, sowie alle medizinischen<br />

Reproduktionstechniken, bei denen die<br />

menschliche Erbinformation NICHT verändert wird.<br />

• Methoden zur Isolierung und Expansion von<br />

adulten und embryonalen Stammzellen, bei denen<br />

die Erbinformation NICHT verändert wird.


Voraussetzungen für die Gentechnik<br />

Die Erbsubstanz aller Organismen besteht aus<br />

denselben Bausteinen, der DNA.<br />

Der genetische Code ist universell gültig.<br />

Man kennt Methoden, mit denen DNA geschnitten,<br />

verändert und neu zusammengesetzt werden<br />

kann.


Geschichte der Biotechnologie & Gentechnik<br />

• 1865 Mendel entdeckt Gene als „Erbmerkmale“ - Vererbungsregeln<br />

• 1952 Lederberg entdeckt zirkuläre Plasmid DNA in Bakterien –<br />

• 1953 DNA Struktur durch Watson & Crick<br />

• 1968 Werner Arber entdeckt Restriktionsenzyme - „molekularen Scheren“<br />

• 1971 Berg entdeckt die DNA Ligase - Basis für Rekombinante DNA<br />

• 1973 Geburt der Gentechnik - Boyer & Cohen „rekombinantes Bakterium“<br />

• 1975 Konferenz von Asilomar -1. Sicherheitsdiskussion Gentechnik<br />

• 1977 Sanger & Gilbert entwickeln Methoden der DNA Sequenzierung<br />

• 1980 Schell bringt bakt. Ti-Plasmide in Pflanzen - „Transgene Pflanzen“<br />

• 1982 FDA Zulassung für r-Insulin als erstes gentechnisches Medikament<br />

• 1985 Mullis erarbeitet PCR - Polymerasekettenreaktion - 400 Firmen in USA<br />

• 1994 USA bringen Pflanzen als GVO auf den Markt - „Anti-Matsch Tomate“<br />

• 1997 Wilmut gelingt das Klonen von erwachsenen Tieren - „Dolly“<br />

• 1999 Pluripotenz von embryonalen und adulten Stammzellen erkannt<br />

• 2000 Venter und internat. Konsortium entschlüsseln das humane Genom


Gentechnik in der Medizin<br />

Diagnose & Therapie<br />

• Herstellung menschlicher Proteine oder Medikamente<br />

von medizinischer Bedeutung (Insulin, Hepatitis B Impfstoff, Taxol)<br />

in Bakterien, Hefen oder transgenen Tieren<br />

• (Pränatale) Diagnose<br />

von Erbkrankheiten (Mutationen)<br />

von Infektionskrankheiten durch den Nachweis der DNA von<br />

Erregern<br />

in der Gerichtsmedizin<br />

• Somatische Gentherapie<br />

von mutierten Genen in Körperzellen / Geweben durch die<br />

Einbringung entsprechender gesunder Gene.


Gentechnik in der Landwirtschaft<br />

Züchtung & Diagnostik<br />

• Diagnostisches Werkzeug in der Pflanzen- und Tierzucht<br />

markergestützte herkömmliche Züchtung<br />

• Transgene Nutzpflanzen<br />

bessere Resistenz (Herbizide, Insekten, Viren)<br />

Ertragsfähigkeit, Haltbarkeit (Reifeverzögerung)<br />

Qualität (Vitamin A – Gehalt)<br />

Erneuerbare Rohstoffe (Stärkekartoffel)<br />

Tabakpflanze mit Leuchtgen<br />

aus Glühwürmchen


Gentechnik bei Lebensmitteln<br />

• Lebensmittel mit gentechnisch veränderten (GV) Organismen<br />

„Antimatsch-Tomate“, Weizenbier mit GV-Hefe<br />

• GV-Lebensmittelbestandteile<br />

Tortillachips aus GV-Maismehl, Öl aus GV-Raps<br />

• Zusatzstoffe, Aromen, Enzyme<br />

Sojalecithin, Natriumglutamat, Aromen aus Sojaproteinen


Gentechnik pro & contra –<br />

Häufige Argumente<br />

• Gentechnik bringt auf vielen<br />

Gebieten Verbesserungen,<br />

die allen nutzen<br />

• Gentechnik eröffnet der<br />

Gesellschaft neue Optionen<br />

• Gentechnik birgt keine<br />

inhärenten wissenschaftlichen<br />

Risiken<br />

• Gentechnik ist ein<br />

stimulierender Wirtschaftsfaktor<br />

• Gentechnik dient der<br />

Bereicherung Einzelner, aber<br />

setzt alle einem Risiko aus<br />

• Die Gesellschaft wird von<br />

den neuen Möglichkeiten der<br />

Gentechnik überfordert<br />

• Die wissenschaftlichen<br />

Risiken sind nicht absehbar<br />

• Gentechnik schafft keine<br />

Arbeitsplätze, sondern<br />

substituiert nur bestehende


Rote Biotechnologie: Nutzen und Risiken<br />

Medizin & Pharma<br />

Meilensteine in der Medizin:<br />

• Genetische Daten<br />

• Stammzellen & Embryoforschung<br />

• Prä-Implantationsdiagnostik<br />

• Diagnose OHNE Therapie<br />

• Ethische Fragen<br />

• Lebenserwartung steigt<br />

ABER:<br />

Datenschutz<br />

Zweiklassenmedizin<br />

Neue Eugenik?<br />

Falsche Hoffnungen<br />

Gen-Kommerz<br />

Sozialsystem bedroht!<br />

Moderne Medizin ist ohne Biotechnologie UNMÖGLICH!


Grüne Biotechnologie: Nutzen und Risiken<br />

Ernährung & Landwirtschaft<br />

weltweit bereits breite Anwendung<br />

• höhere Erträge, weniger Herbizide<br />

• Umweltentlastung<br />

• gesündere Lebensmittel<br />

• Nutriceuticals<br />

• Nahrung für Entwicklungsländer<br />

• starke Ablehnung in Europa<br />

ABER:<br />

unterschiedliche Studien<br />

Umweltschäden?<br />

gesundheitliche Risiken?<br />

falsche Hoffnungen<br />

wer profitiert?<br />

Abhängigkeit von Industrie<br />

Patente<br />

Handelsproblematik


Rekombinante DNA<br />

= im Labor neu zusammengesetzte DNA.<br />

Ein definiertes DNA Fragment (meistens ein Gen) wird aus seiner<br />

ursprünglichen Lage entnommen und in einen Vektor integriert,<br />

der gezielt in andere <strong>Zellen</strong> eingeschleust werden kann.<br />

Werkzeuge der Gentechnik<br />

1. Enzyme: Restriktionsenzyme, DNA-Ligase, DNA-Polymerasen,<br />

2. Plasmide oder Vektoren<br />

3. Transformierbare <strong>Zellen</strong>, die rekombinante DNA aufnehmen<br />

und replizieren (vermehren).<br />

4. Markergene zur Selektion und Identifizierung der Vektoren<br />

5. Synthetische Oligonukleotide, kurze chemisch hergestellte<br />

DNA-Moleküle, ca. 20 Nukleotide lang<br />

Quelle: Institut f. Genetik, VBC Wien


Restriktionsenzyme<br />

Sie erkennen spezifische Sequenzen auf der DNA und schneiden dort.<br />

Restriktionsenzyme<br />

stammen<br />

aus<br />

verschiedenen<br />

Mikroorganismen.<br />

Quelle: Institut f. Genetik, VBC Wien


Das Restriktionsenzym EcoRI<br />

Das Enzym EcoRI stammt<br />

aus Escherichia coli.<br />

Es erkennt die Sequenz<br />

GAATTC.<br />

G A A T T C<br />

C T T A A G<br />

G A A T T C<br />

C T T A A G<br />

EcoRI<br />

EcoRI schneidet versetzt, es<br />

entstehen „sticky ends“.<br />

G<br />

C T T A A<br />

A A T T C<br />

G<br />

DNA-Ligase<br />

Mit der DNA-Ligase können<br />

die Fragmente<br />

zusammengesetzt werden.<br />

G A A T T C<br />

C T T A A G


Anwendung von Restriktionsenzymen<br />

zum Beispiel:<br />

• Klonierung<br />

Herstellung von Medikamenten in Bakterienzellen,<br />

Herstellung transgener Organismen<br />

• Kartierung<br />

Anordnen von DNA-Abschnitten im Genom<br />

• Gerichtsmedizin<br />

Identifizierung von Tätern durch DNA-Profil<br />

• Vaterschaftstest<br />

„genetischer Fingerabdruck“<br />

• u.v.m.


Klonierung von DNA<br />

Fragment<br />

Plasmidvektor<br />

rekombinante<br />

s DNA-<br />

Molekül<br />

Ligation<br />

Markergen<br />

(Antibiotika-<br />

Resistenz)<br />

Einschleusen in<br />

die Wirtszelle<br />

Selektion von <strong>Zellen</strong>, die<br />

rekombinante DNA-<br />

Moleküle enthalten, durch<br />

Wachstum in Gegenwart<br />

von Antibiotikum


Kultivierung von Bakterien<br />

Suspension<br />

von<br />

Bakterienzellen<br />

Suspension wird auf Petrischale mit<br />

Nährmedium ausplattiert<br />

1-2 Tage inkubieren<br />

Petrischale mit<br />

Nährmedium<br />

einzelne <strong>Zellen</strong><br />

(mit freiem Auge<br />

unsichtbar)<br />

Sichtbare Kolonien<br />

(Klone aus<br />

Einzelzellen)<br />

Quelle: Zentrum f. Angewandte Genetik, Wien


Gel - Elektrophorese<br />

= Methode zur Auftrennung von DNA-Stücken verschiedener<br />

Länge<br />

in einem Agarosegel durch Anlegen eines elektrischen Feldes<br />

Sichtbarmachen<br />

durch UV<br />

und/oder<br />

Farbstoffe<br />

kurze Stücke wandern schnell,<br />

lange Stücke wandern langsam<br />

Quelle: Internet<br />

33


Hybridisierung<br />

= Aneinanderlagern von komplementären DNA-Stücken<br />

DNA<br />

Aufschmelzen durch Hitze bei 94°C<br />

Renaturierung durch Abkühlen<br />

RNA<br />

DNA/RNA-Hybrid<br />

Hybridisierung


Anwendungen der Hybridisierung<br />

zum Beispiel:<br />

• Polymerase Kettenreaktion (PCR)<br />

Anlagern von Primern<br />

• Sequenzierung<br />

• Medizinische Diagnostik, DNA-Chips<br />

gleichzeitige Untersuchung vieler DNA-Proben<br />

• u.v.m.<br />

Gesund<br />

Gendefekt


Die Polymerase-Kettenreaktion<br />

PCR = “Polymerase Chain Reaction“ - Eine DNA Kopiermaschine<br />

Vervielfältigung<br />

40 Verdoppelungsschritte<br />

40x<br />

ca. 1.100.000.000.000 Genkopien<br />

Nachweis<br />

z. B. GVO Nachweis


Prinzip der PCR<br />

1. zur Trennung der Stränge<br />

erhitzen<br />

2. abkühlen,<br />

synthetische<br />

Oligonukleotid-Primer<br />

binden<br />

3. thermostabile DNA-<br />

Polymerase bewirkt DNA-<br />

Synthese<br />

Ziel-DNA, soll<br />

vermehrt werden<br />

1.+2.<br />

3.<br />

1.+2.<br />

3.<br />

Quelle: Institut f. Genetik, VBC Wien<br />

n x (1.+2.+3.)


Anwendungen der PCR<br />

zum Beispiel:<br />

• Medizinische Diagnostik<br />

Diagnose von Erbkrankheiten (CF)<br />

• Lebensmitteldiagnostik<br />

gentechnisch veränderte Lebensmittel<br />

Träger<br />

gesund<br />

Trägerin<br />

gesund<br />

• Gerichtsmedizin<br />

Vervielfältigung von Probenmaterial<br />

(Haarwurzel, Sperma)<br />

Kind<br />

krank<br />

• Evolutionsforschung<br />

fossile DNA (Jurassic Park!)<br />

• u.v.m.


Forensische Medizin - Täteridentifizierung<br />

Jeder Mensch hat eine<br />

bestimmte Anzahl repetitiver<br />

Sequenzen in seiner DNA.<br />

Die Anzahl dieser Sequenzen ist<br />

eindeutig und daher für jede<br />

Person wie ein Fingerabdruck.<br />

DNA kann daher mit der von<br />

Opfern und/oder Verdächtigen<br />

verglichen werden.<br />

DNA aus 1 Tropfen Blut = 50 Mikroliter<br />

1 Mini - Tropfen Sperma<br />

1 Haarfollikel<br />

Hautabschürfungen<br />

Quelle: ISB<br />

A = Verdächtige/r<br />

? = DNA vom Tatort<br />

B = Opfer


Monogene Erbkrankheiten - 1<br />

Monogene Krankheiten werden<br />

normalerweise von Mutationen in einem Gen<br />

verursacht.<br />

Viele verschiedene Mutationen können die<br />

Krankheit verursachen.<br />

Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien


Monogene Erbkrankheiten - 2<br />

Cystische Fibrose 1 / 3.000<br />

Duchenne´sche Muskeldystrophie 1 / 3.000 Männer<br />

Gaucher Disease<br />

1 / 2.500 Juden<br />

Hämophilie A 1 / 6 – 8.000<br />

Alpha-1-Antitrypsin Defizienz 1 / 3.000<br />

Phenylketonurie 1 / 10.000<br />

Tay-Sachs Syndrome<br />

1 / 3.000 Juden<br />

ß-Thalassemie 1 / 10.000<br />

Sichelzellen-Anämie<br />

1 / 500 Afrikaner<br />

Bekannt sind etwa 8.000 Erbkrankheiten.<br />

Quelle: Inst. f. Med. u. Chem. Labordiagnostik Wien


Gendiagnostik der Zukunft - Genchips<br />

Gesund<br />

Gendefekt<br />

• Diagnose von Erbkrankheiten & Krebs<br />

• Diagnose von Infektionskrankheiten (Viren, Bakterien)<br />

• Gleichzeitige Bestimmung der Genaktivität vieler Gene<br />

• Notwendig ist ein Chip und DNA (z.B. isoliert aus Blutproben)


Genetische Defekte - Krebs<br />

Genetische Defekte in Körperzellen (erworbene =<br />

somatische genetische Defekte) führen zu<br />

sporadischen Krebserkrankungen<br />

Genetische Defekte in Fortpflanzungszellen<br />

(angeborene = konstitutionelle genetische<br />

Defekte) passieren die Keimbahn und führen zu<br />

„erblichen Krebserkrankungen“<br />

Quelle: Inst. f Medizinische Biologie, Wien


Gentherapie<br />

= Behandlung von Krankheiten auf genetischer Ebene,<br />

durch Einschleusen von neuen Genen oder<br />

Ausschalten körpereigener Gene<br />

Zu Gentherapie an Körperzellen (somatische Gentherapie)<br />

laufen diverse Studien. Nur wenige zeigen bisher Erfolge.<br />

Das Einschleusen von Genen in die Keimzellen<br />

(Keimbahntherapie) ist aus ethischen Gründen nicht erlaubt.


Somatische Gentherapie<br />

Die somatische Gentherapie<br />

ermöglicht neue Ansätze bei der<br />

Bekämpfung zahlreicher schwerer<br />

Erkrankungen wie Krebs und<br />

Herzinfarkt.<br />

Der Erfolg einer Gentherapie kann<br />

bislang nur schwer abgeschätzt<br />

werden, da sie meist in<br />

Kombination mit anderen<br />

Behandlungen oder aber an<br />

"austherapierten" Patienten durchgeführt<br />

wird.<br />

Ashanti DeSilva wurde als erste<br />

Patientin weltweit gentherapeutisch<br />

gegen ihre schwere Immunschwäche<br />

behandelt.<br />

Quelle: ISB Informations Sekretariat Biotechnologie, Dechema e.V.


Neue Therapeutika<br />

Dank der Gentechnik können<br />

neue Wirkstoffe entwickelt<br />

und bekannte verbessert werden.<br />

Humaninsulin war der erste gentechnisch<br />

hergestellte Wirkstoff (1982).<br />

Heute sind unterschiedliche Wirkstoffe<br />

aus gentechnischer Herstellung in<br />

vielen hundert Medikamenten auf dem<br />

Markt.<br />

Unter den 10 umsatzstärksten<br />

Wirkstoffen finden sich bereits drei aus<br />

gentechnischer Herstellung.<br />

Bis 2005 werden die Hälfte aller<br />

neuzugelassenen Wirkstoffe<br />

gentechnisch hergestellt werden.<br />

Quelle: ISB Informations Sekretariat Biotechnologie, Dechema e.V.


Quelle: Internet<br />

Embryonale Stammzellen


Stammzellen - Reifung<br />

Vermehrung in<br />

Zellultur<br />

Reifung in<br />

Zellkultur


Embryonale Stammzellen - Befruchtete Embryos<br />

Blastozyste 8-Zellstadium<br />

Reifung in<br />

Zellkultur<br />

Innere Zellmasse –<br />

Embryonale Stammzellen (ES)<br />

PID - Prä-Implantationsdiagnostik<br />

aus 1 Zelle der 8-Zell Blastozyste<br />

(die neue Eugenik?)


Transgene Tiere<br />

Definition: Ein transgenes Tier besitzt definierte Veränderungen im<br />

Genom,die nicht durch klassische Züchtung oder zufällige<br />

Mutagenese zu erreichen wären.<br />

Beispiele:<br />

• Das Gen für Wachstumshormon (GH) wurde mit einem<br />

starker Promotor in das Genom der Maus eingepflanzt<br />

• Das Gen für humanes a1-Antitrypsin (AAT) wurde in das<br />

Genom des Schafs übertragen.<br />

• Das Gen für das Prion-Protein (PRP) wurde bei der Maus<br />

durch homologe Rekombination inaktiviert (knock out<br />

Maus).


Möglichkeiten mit transgenen Tieren<br />

• Tiergesundheit<br />

- genetische Immunisierung<br />

- Übertragung von Resistenzgenen<br />

- Modifikation von endogenen Genen<br />

• Humanmedizin<br />

- Produktion therapeutischer Proteine (Bioreaktor, gene pharming)<br />

- Produktion von Organen für die Xenotransplantation<br />

• Verbesserung tierischer Produkte<br />

- Fleischleistung (Wachstumshormon)<br />

- Fettverteilung, Fettzusammensetzung<br />

- Milchzusammensetzung (Lactose-Gehalt, Caseine)<br />

- Eigenschaften der Wolle<br />

• Umweltschutz<br />

- Urinzusammensetzung (Reduktion von Phosphat und Nitrat)


Klonen von Schaf Dolly<br />

genetische Mutter<br />

Euterzelle<br />

Leihmutter<br />

Schafembryo mit DNA<br />

vom Mutterschaf<br />

Zellkultur<br />

Eispender-Mutter<br />

unbefruchtete<br />

Eizelle<br />

entkernte<br />

Eizelle<br />

DNA wird<br />

enfernt<br />

Dolly<br />

Quelle: nach WDR, Internet


Transgene Tiere als<br />

Medikamentenlieferanten<br />

Samenzellkern Eizellkern menschliches Gen<br />

1. Verschmelzung<br />

2. Mikroinjektion<br />

3. transgener<br />

Embryo wächst<br />

heran<br />

Polly (Klon eines Faktor<br />

IX transgenen Schafs)<br />

4. Medikamentenproduktion<br />

5. Trennung der Produkte<br />

Quelle: Internet<br />

Ziegenmilch Arznei


Gesamtanbaufläche von GM-Pflanzen<br />

Mill. ha<br />

40<br />

35<br />

30<br />

25<br />

20<br />

15<br />

10<br />

5<br />

Industrieländer<br />

Entw.länder<br />

0<br />

1995 1996 1997 1998 1999 2000<br />

Quelle: ISAAA<br />

2000 USA 30,3 Mill. ha<br />

Argentinien<br />

10,0 Mill. ha<br />

Kanada<br />

3,0 Mill. ha<br />

China<br />

0,5 Mill. ha<br />

Südafrika, Australien 0,2 Mill. ha


Anteil von GM-Pflanzen weltweit (in %)<br />

50<br />

40<br />

%<br />

30<br />

20<br />

10<br />

0<br />

1999 2000 2001<br />

Soja 30 36 46<br />

Baumwolle 10 16 20<br />

Raps 14 11 11<br />

Mais 8 7 7<br />

Stand 4/2002<br />

Quelle: ISAA


Freisetzungsanträge in der EU<br />

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500<br />

Mais<br />

Raps<br />

Zuckerrübe<br />

Kartoffel<br />

Tomate<br />

Tabak<br />

Chicorée<br />

Gemüse*<br />

Baumwolle<br />

Obst**<br />

Nutzholz-Bäume***<br />

Weizen/Gerste<br />

Melone/Kürbis<br />

Sojabohne<br />

55<br />

42<br />

42<br />

29<br />

28<br />

27<br />

27<br />

16<br />

15<br />

72<br />

209<br />

331<br />

391<br />

478<br />

* Kohl, Salat, Aubergine, Möhre, Reis, Erbse<br />

** Wein, Apfel, Pflaume, Citrus, Erdbeere, Himbeere, Kirsche, Kiwi, Olive<br />

*** Pappel/ Espe, Birke, Eucalyptus, Fichte, Kiefer<br />

Stand 4/2002<br />

Quelle: RKI


GVO-Pflanzenprodukte in Entwicklung<br />

GESÜNDER<br />

- Obst und Gemüse mit höherem Vitamingehalt,<br />

Antioxidantien<br />

- Sojabohnen und Raps-Öle mit gesünderen Fettsäuren<br />

- Mykotoxinfreie Getreidesorten (Hafer, Weizen)<br />

- Reduktion allergieauslösender Proteine in Pflanzen<br />

RESISTENZEN<br />

- Virus-Resistente Marillen, Kürbisse, Steinobst<br />

- Dürre-, Salz-, Metall-, Hitze-, Kältetolerantere Pflanzen<br />

PHARMAZEUTISCH NUTZBARE PFLANZEN<br />

- Essbare Impfstoffe (z.B. Impf-Bananen & Kartoffel)<br />

- Tabak gegen Karies


Bt-Mais<br />

Gen aus dem Bodenbakterium Bacillus thuringensis<br />

wird in den grünen Blättern des Mais abgelesen. Das<br />

dabei entstehende Protein wirkt auf Pflanzenschädlinge<br />

toxisch.<br />

Maiszünsler


Pilzresistente Kartoffel<br />

Die Kartoffel enthält zusätzlich ein Gen aus der<br />

blauen Luzerne. Die Verwirklichung dieses Gens<br />

führt zur Herstellung eines Proteins, welches das<br />

Wachstum von Pilzen hemmt.


Herbizidresistentes Soja<br />

Diese Sojapflanze widersteht dem Einsatz eines<br />

bestimmten Unkrautvertilgungsmittels, weil es ein<br />

zusätzliches bakterielles Protein herstellen kann.


„Goldener Reis“<br />

Der „Goldene Reis“ enthält zusätzlich 3 bakterielle<br />

und pflanzliche Gene. Dadurch können Vitamin A<br />

Vorstufen gebildet werden.


Mögliche Gefahren von GVO<br />

• Toxische Substanzen<br />

• Allergen wirkende Substanzen<br />

• (Negative) Veränderung des Nährwerts<br />

• Gentransfer zu Mikroorganismen oder<br />

Säugetierzellen<br />

Im Zentrum der Untersuchungen stehen<br />

bereits bekannte problematische Substanzen<br />

(z.B. Allergene) sowie die veränderte(n) neuen<br />

Eigenschaft(n) des LM selbst.


Kennzeichnungsvorschriften<br />

für GV-Lebensmittel<br />

Gegenwärtig:<br />

Kennzeichnungssystem für GVO beruht auf<br />

der Nachweisbarkeit gentechnisch<br />

veränderter DNA oder Proteine im<br />

Endprodukt.<br />

In Zukunft:<br />

Ungeachtet der Nachweisbarkeit von DNA<br />

oder Proteinen sind alle Produkte zu<br />

kennzeichnen, die GVO enthalten, daraus<br />

bestehen oder aus diesen hergestellt sind.


Keine Kennzeichnung von...<br />

• Erzeugnissen, die keine<br />

Lebensmittelzutaten sind, z.B.<br />

Verarbeitungshilfsstoffe<br />

• Erzeugnissen, wie Fleisch, Milch und<br />

Eier von Tieren, die mit GV-<br />

Futtermitteln gefüttert oder mit GV-<br />

Arzneimitteln behandelt worden sind.


Kennzeichnungsbeispiele<br />

GVO-Art<br />

Beispiel<br />

Derzeit<br />

Künftig<br />

GV-Pflanze<br />

Chicoree<br />

JA<br />

JA<br />

GV-Saatgut<br />

Maissaatgut<br />

JA<br />

JA<br />

GV-LM<br />

Mais, Tomate<br />

JA<br />

JA<br />

Lebensmittel aus<br />

GVO<br />

Maismehl<br />

Soja-, Rapsöl<br />

JA<br />

NEIN<br />

JA<br />

JA<br />

Glucosesirup aus<br />

Mais-stärke<br />

NEIN<br />

JA


Kennzeichnungsbeispiele<br />

GVO-Art<br />

Beispiel<br />

Derzeit<br />

Künftig<br />

LM von mit GV-FM<br />

gefütterten Tieren<br />

Eier, Fleisch, Milch<br />

NEIN<br />

NEIN<br />

Mit GV-Enzymen<br />

hergestellte LM<br />

Mit Amylase hergestellte<br />

Backwaren<br />

NEIN<br />

NEIN<br />

LM-Zutaten/ Aromen<br />

aus GVO<br />

Lecithin aus GV-<br />

Sojabohnen<br />

NEIN<br />

JA<br />

GV-Futtermittel<br />

Mais<br />

JA<br />

JA<br />

Aus GVO hergestellte<br />

FM und FMzutaten<br />

Maiskleberfutter,<br />

Sojamehl, Vit. B2<br />

NEIN<br />

JA

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