Experimentelle Untersuchungen zur Transgenese bei Nutztieren

2.0 Einleitung
2.1 DNA als Träger der genetischen Information und reverse Genetik
Die Desoxyribonucleinsäure (DNS, bzw. DNA) ist der Träger der genetischen Information.
DNA wurde 1869 erstmals von Friedrich Miescher aus Eiterzellen isoliert, ihre biologische
Funktion als Informationsträger wurde aber erst 1944 durch Transformation von
Pneumokokken gezeigt (Avery et al., 1944). Die Aufklärung der DNA-Molekülstruktur als
Doppelhelix (Watson und Crick, 1953) erlaubte erstmals einen Einblick, wie biologische
Information gespeichert, repliziert und abgelesen wird und bildete eine wichtige Grundlage
für die Entwicklung der Molekularbiologie.
Seit ca. 1970 wurde es möglich, in kurzen DNA-Stücken die Basenabfolge zu bestimmen
(DNA-Sequenzierung), sowie DNA-Stücke gezielt neu zusammen zu setzen und die
Eigenschaften der rekombinanten DNA in vitro und in verschiedenen einfachen
Modellorganismen, vorwiegend Escherichia coli (E. coli), oder in eukaryotischen Zell-Linien,
zu testen (Sanger et al., 1973; Maxam und Gilbert, 1977; Sanger et al., 1977; Jackson et al.,
1972; Johnson, 1983; Watson et al., 1983, Mulligan et al., 1979). So konnten grundlegende
molekulare Eigenschaften der DNA wie der Aufbau von Genen, regulatorischen Sequenzen
(Promotor, Enhancer, Silencer) und die Intron-Exon-Organisation eukaryotischer Gene
aufgeklärt werden (Glover, 1985; Sambrook et al., 1989). Ein Standardverfahren in E.coli ist
die Transformation mit ringförmigen DNA-Molekülen (Plasmide), die eine Antibiotika-
Resistenz und einen Startpunkt für die Replikation (origin of replication) in ihrer Sequenz
tragen. Zusätzlich kann Fremd-DNA in ein Plasmid ligiert werden, typischerweise 1 000 – 20
000 Basenpaare (1-20 kBp). Die Plasmide liegen episomal in E. coli vor und werden bei jeder
Zellteilung repliziert (Glover, 1985; Sambrook et al., 1989). Falls die Fremd-DNA
prokaryotische Promotorelemente und eine protein-kodierende Sequenz enthält, wird diese
Information abgelesen und das rekombinante Protein exprimiert. Zahlreiche Medikamente
werden mittlerweile rekombinant in Bakterien hergestellt. Humanes Insulin,
Wachtumshormon, Erythropoietin und Interferon sind die umsatzstärksten Medikamente
(Blockbuster) mit jeweils mehr als 1 Milliarde $ Umsatz pro Jahr (Nightingale und Martin,
2004). In Prokaryoten erfolgt im wesentlichen eine direkte Ablesung der genetischen
Information, im Eukaryoten liegt eine wesentlich komplexere Regulation der Genaktivität
vor, die bisher erst teilweise entschlüsselt ist.
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