(1) Einleitung / Tehmenüberblick - member

Gentechnik (Kolleg 3/4) 1/3
28.09.09 / © C.N.
1. Einleitung, Themenüberblick:
1.1. Gentechnik als aktuelles Thema:
Die Diskussion über Gentechnik ist in Österreich und vielen anderen Ländern seit dem Beginn
der technischen Anwendung in den 70er-Jahren meist sehr kontroversiell geführt worden.
In den meisten öffentlichen Diskussionen werden die verschiedenen Standpunkte zu diesem
Thema leider sehr polemisch argumentiert:
Einerseits wird die Gefahr von technologischem Rückstand prophezeit und andererseits ein
Bedrohungsszenario beschworen, das den Einsatz von Gentechnik als Auslöser für schwere
Umweltkatastrophen sieht.
Das Wissen um gentechnische Anwendungen in Industrie und Forschung ist jedenfalls Teil
unserer technischen Möglichkeiten und für sich weder gut noch schlecht. Welche Produkte
und welche Techniken zur Anwendung gelangen ist von Fall zu Fall neu zu bewerten und kann
nur von gesellschaftlichen Institutionen entschieden werden.
Im Hinblick auf das Züchten von Tier- und Pflanzenarten mit bestimmten Eigenschaften kann
Gentechnik heute gezielte genetische Selektion ermöglichen.
Es ist unbestritten, dass die Möglichkeiten der Gentechnik weitreichende gesellschaftliche
Folgen haben können, ein gewissenhafter Umgang damit ist daher unerlässlich
(Ethikkomissionen, Studien zur Abschätzung der wirtschaftlichen und ökologischen
Auswirkungen, etc.).
Gentechnik ist kein unabhängiges wissen-schaftliches Gebiet ist, sondern eigentlich eine
Methodensammlung für experimentelle oder kommerzielle Projekte, die eine Veränderung
genetischen Materials erforderlich machen.
Die unter diesem Begriff zusammengefaßten Methoden betreffen im Wesentlichen Arbeiten an
den Molekülen die Träger erblicher Information sind, der DNA bzw. RNA. Gentechnik ist daher
sind nur zu verstehen, wenn die biochemischen Grundlagen bekannt sind. Diesen Hintergrund
behandelt die Molekularbiologie.
Die Aufgaben von DNA oder RNA sind ohne die Wechselwirkung mit Proteinen nicht erfüllbar.
Daher ist jede gentchnische Operation nur im Kontext mit den in der Zelle vorhandenen
Enzymen oder Proteinen zu verstehen.
Nur Enzyme haben die nötige Spezifität und Effizienz, um DNA mit der erforderlichen
Genauigkeit modifizieren zu können. Daher sind es Enzyme (Proteine mit katalytischer
Funktion) die bei gentechnischen Methoden unentbehrlich sind. Man benützt eine Gruppe von
solche molekularbiologischen Werkzeugen um DNA-Sequenzen handhaben zu können, zu
verändern und in lebenden Organismen zur Wirkung zu bringen.
Ein wesentlicher Zweck gentechnischen Arbeitens ist aber auch die Forschung, um bestimmte
zelluläre Funktionen zu untersuchen und die Aufgaben bestimmter Gene zu ergründen.
In der Industrie geht es meist um die Herstellung von organischen Rohstoffen,
Nahrungsmitteln und bestimmten bioaktiven, oder pharmakologisch wichtigen Substanzen, wie
Enzymen, Hormonen etc.

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1.2. Zur Vorbereitung:
Überlegen Sie, welche Firmen gentechnische Methoden in ihrer Produktion , benötigen !
1. Fragestellung: „Gentechnik in vivo“:
Bei welchen Vorgängen in der Natur muss ein Organismus mit DNA „hantieren“; welche
chemischen Vorgänge spielen dabei eine Rolle
2. Fragestellung: Gentechnik in der Anwendung durch den Menschen:
Nutzen, Auswirkungen, Resumee der öffentlichen Diskussion (Problem: Experten versus
politische Meinung, wer soll entscheiden), Gefahren
Bewertung der Anwendung gentechnischer Methoden (ökologische und ethische Aspekte)
Sequenzanalyse: (Erbkrankheiten, Risikoscreening, PCR); Gentherapie (Diabetes, cysticfibrosis
= Lungenkrankheit mit erhöhter Schleimproduktion, Muskeldystrophie Typ Duchenne =
Muskelschwund)
GVO´s: (gentechnisch verändert Organismen) Modifizierung von Organismen für den Einsatz
in der pharmazeutischen Produktion oder der Agrarindustrie.
1.3. Geschichte:
Die erste wissenschaftliche Beschäftigung mit den Phänomenen der Vererbung geschah
durch Gregor Johann Mendel (1822-1884, Prior im Bruenner Augustinerkloster). Um 1865 hat
er nach etwa 10.000 Kreuzungsversuchen an Erbsen und Bohnen die bis heute gültigen
Vererbungsregeln formuliert (1. bis 3. Regel; ). Seine Arbeiten wurden erst viele Jahre später
durch bedeutende Cytologen wie deVries wieder entdeckt.
1.3.1. Entdeckung, chemische Charkterisierung der DNA:
1868 Isolierung von "Nuclein" aus Kernen von Eiterzellen und Fischspermien von Miescher
(Basel) aber bis 1940 keine Vermutung über Funktion. Bis damals wurden Proteine als
Träger der Erbinformation favorisiert.
1944 Beweis der Funktion durch Transformationsexperimente von Fred Griffith an
Pneumokokken (Streptococcus pneumoniae): An Mäusen verursachten die S-Typen
(„smooth“ für glattes Aussehen der Kolonie auf dem Nährboden) letale Infektionen,
während die R-Typen der selben Art (rough, raues Aussehen der Kultur) keine
Erkrankung verursachen konnten.
Beide Stämme unterscheiden sich in ihrer Schleimkapsel und Griffith konnte zeigen,
dass die Fähigkeit zur Bildeung der glatten S-Oberfläche von abgetöteten, nicht mehr
vermehrungsfähigen S-Typen auf zuvor nicht infektiöse R-Typen übertragen werden
kann, wenn eine Maus damit infiziert wird.
Der molekularbiologische Beweis dieser Transformation gelang Oswald T. Avery mit
einem zellfreien Extrakt im Reagenzglas (in vitro). Ihm Gelang auch der Beweis dass
die transformierende Substanz DNA war
1944 Barbara McClintoc entdeckt mobile genetische Elemente (Transposons)
1946 Tatum und Lederberg entdecken bakterielle Konjugation
1953 Watson/Crick Modell (α-Helix, entspricht B-DNA) basierend auf den Chargaff Regeln
(A=T und G=C) und den Röntgenstrukturbildern von Franklin und Wilkins.

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1958 Isolierung von DNA-abhängiger DNA-Polymerase durch Arthur Kornberg (ten
commandments of enzymology siehe unten)
1967 erste in vitro Replikation von ΦX174 DNA durch Goulian, Kornberg und Sinsheimer
1970 erste Totalsynthese eines Gens (tRNA Ala aus Hefe)
1975 Sequenzierungsmethoden nach Sanger, Maxam und Gilbert
1983 Erfindung der PCR durch Mullis
heute molecular modelling, Gentherapien, Genomanalyse; Systembiologie
Der technologische Durchbruch nach den Arbeiten zur Strukturaufklärung (Chargaff, Watson
Crick, etc.) gelang Arthur Kornberg mit seinen Arbeiten zur bakteriellen DNA-Polymerase-I aus
E.coli. Er konnte jenes Enzym isolieren, das imstande ist, einen DNA-Doppelstrang anhand
einer einsträngigen Vorlage zu ergänzen. Er erhielt dafür auch den Nobelpreis.
http://nobelprize.org/
Bei einem Kongress hat er einmal ein Resumee seiner Arbeit gezogen und die zehn Gebote
für die Replikations-Enzymologie definiert:
ten commandments of replication enzymology
Thou shalt :
1) Rely on enzymology
(..Dich auf die Enzymologie verlassen)
2) Trust in the universality of Biochemistry and in E.coli
(..an die Universitalität der Biochemie und von E.coli glauben)
3) Not waste clean thinking on dirty enzymes - fractionate
(..keine sauberen Gedanke auf dreckige Enzyme verschwenden - fraktioniere)
4) Not waste clean enzymes on dirty substrates
(..keine sauberen Enzyme für verdreckte Substrate verschwenden)
5) Rely on viruses to open windows
(..Dich darauf verlassen, daß Viren Fenster öffnen)
6) Respect molecular crowding
(..Molekülversammlungen respektieren)
7) Be alert to inhibitors
(..Dich vor Inhibitoren hüten)
8) Respect personality of DNA
(..die Persönlichkeit von DNA respektieren)
9) Use reverse genetics
(..umgekehrte Genetik betreiben)
10) Use enzymes as reagents
(..Enzyme als Reagentien verwenden)