JGW-SchülerAkademie Papenburg 2011 - Jugendbildung in ...

2 Biotechnologie im Alltag
2.9.3 Anwendungsbereiche
Ein häufiger Anwendungsbereich transgener Pflanzen ist die Erhöhung des Ernteertrags,
beispielsweise durch Herbizid- und Insektenresistenzen. Des Weiteren hofft man, in
Zukunft infolge aktueller Forschungen in der Lage zu sein, kontaminierte Böden mit
Hilfe von transgenen Pflanzen zu reinigen, indem sie die schädlichen Stoffe dieser Böden
zersetzen.
Im tierischen Bereich erzeugt man zum Beispiel sogennante transgene Knockout-
Mäuse zur Erforschung spezifischer Genfunktionen. Dabei wird ein Gen, dessen Funktion
man untersuchen möchte, kloniert und in vitro deaktiviert. Das geschieht, indem
man das klonierte Zielgen durch den Einbau einer DNA-Kassette unterbricht. Mit dieser
inaktiven Kopie wird dann eine heterozygote transgene Maus erzeugt, die jedoch immer
noch eine funktionierende Kopie des Gens trägt. Kreuzt man nun diese transgene Maus
mit einer weiteren transgenen Maus, so entstehen unter anderem Nachkommen, die
zwei inaktive Kopien des Gens enthalten, also homozygot sind. An diesen Mäusen kann
untersucht werden, welche phänotypische Veränderung eine Inaktivierung des Gens
hervorruft.
Zur Überprüfung, ob ein Transgen erfolgreich in einen Organismus eingebaut wurde,
gibt es verschiedene Selektionsverfahren. Bei allen wird mit dem Transgen zusammen
ein sogenanntes Markergen eingesetzt, das beispielsweise eine Antibiotikaresistenz
bewirkt. Bei Hinzugabe des Antibiotikums überleben nur die Organismen, die das
Transgen erfolgreich eingebaut haben. Es gibt aber auch nicht-letale Selektionsverfahren,
die zum Beispiel mit Lumineszenzen arbeiten. Das sogenannte lux-Gen, welches aus
Glühwürmchen stammt, wird in die DNA des Pflanzengewebes eingebaut. Dort wird
es exprimiert, und das Enzym Luciferase wird gebildet. Bei Hinzugabe des Substrats
Luciferin entsteht Lumineszenz, wodurch die Zellen erkennbar sind, die das gewünschte
Transgen eingebaut haben.
Die Verwendung von Antibiotikaresistenzgenen um den Einbau der DNA bei Pflanzen
zu überprüfen, stößt auf viel Kritik. Mithilfe des Cre-Systems, das nach dem gleichen
Prinzip arbeitet wie die oben beschriebenen Transposasen, können diese Gene nachträglich
wieder entfernt werden. Die zu entfernende DNA-Sequenz wird auf beiden Seiten
von der loxP-Sequenz aus 34 Basenpaaren flankiert. Das Cre-Protein ist ein Rekombinase-
Enzym, das die spezifischen Sequenzen erkennt und dort anbindet. Die zwischen den
loxP-Sequenzen eingeschlossene Region wird durch Rekombination herausgeschnitten
und anschließend in der Zelle abgebaut (weil es an keiner anderen Stelle im Genom
loxP-Sequenzen gibt, kann das Transgen nirgendwo anders wieder eingebaut werden).
Die Pflanzen-DNA enthält nun keine Antibiotikaresistenzgene mehr, sondern nur noch
eine einzelne loxP-Sequenz. Um dies in der Praxis zu erreichen, werden Pflanzen mit
durch loxP-Sequenzen flankiertem Antibiotikaresistenzgen mit Pflanzen, die das Cre-Gen
besitzen, gekreuzt. Die F1-Generation besitzt nun das Transgen mit dem vorgeschalteten,
von loxP-Sequenzen flankierten Antibiotikaresistenzgen und das cre-Gen. Dieses cre-Gen
wird abgelesen und das Rekombinase-Enzym hergestellt. Durch das oben genannte System
wird das Antibiotikaresistenzgen herausgeschnitten. Die Pflanzen besitzen nun das
gewünschte Transgen und das Gen für die Cre-Rekombinase, jedoch kein Antibiotikaresistenzgen.
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