Bestandteile lebender Zellen
Bestandteile lebender Zellen
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