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Genetik Teil 2 (Subject) / Rest (Lesson)
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- antagonistische Prinzipien der natürlichen Selektion Mutation Selektion
- natürliche Selektion: Beispiel Sichelzellenanämie Gendefekt besonders in Malariaregionen verbreitet, da Sichelzellenanämie vor schwerem Malaria-Verlauf schützen kann resistenter : HbA/HbS Individuen (Heterozygotenvorteil)
- gerichtete Selektion = Züchtung
- Züchtungsziele bei Nutzpflanzen Ertragssteigerung Qualitätsverbesserung (z.B. Bitterstoffe und giftige Inhaltsstoffe, Verbesserung Geschmack und Haltbarkeit) Umwelttoleranzen-/resistenzen (Anpassung an neue Umgebungssitation) höhere Resistenzen/Toleranzen gegenüber Schädlingen und Krankheitserregern
- Züchtungsstrategien Auslese-/Kombinationszüchtung Hybridzüchtung (Heterosiszüchtung) Mutationszüchtung (induzierte Mutagenese; Nutzung von natürlichen Varietäten) Smart Breeding (Präzisionszüchtung)
- Auslese-/Kombinationszüchtung Man wählt die besten der Generation, verpaart diese Pflanzen: 5-8 Generationen bis zur neuen Sorte
- Definition, Beispiele, Problematik Hybridzüchtung Begriff Heterosis Kreuzung von zwei nahezu reinerbigen, genetisch möglichst unterschiedlichen Inzuchtlinien. Kreuzungen innerhalb einer Art: z.B. Hybridhühner (Legeleistung), Hybrid-Weizen (Kornertrag) Kreuzungen zwischen Arten: z.B. Pferd und Eser (Maultier, Maulesel) bessere Tragtiere Hybride sind meist unfruchtbar, das heißt dass sie immer wieder neu gekauft werden müssen! Erscheinung, dass weitgehend heterozygote Individuen gegenüber homozygoten eine gesteigerte Ertragsleistung und Vitalität aufweisen.
- Mutationszüchtung wodurch Chemikalien (z.B. EMS) oder Röntgenstrahlen keine gentechnisch veränderten Pflanzen, unterliegt keinen gesetzlichen Regelungen
- Smart Breeding, Vorteile Züchtung mit Molekularen Markern:gezielt, nur wenig Material für das Screening auf gewünschte Merkmale notwendig, Screening sehr vieler Pflanzen möglich, schnelle Erzeugung reinerbiger Pflanzen, Zeitsparend, Kostensparend
- Kreuzung von Individuen mit unterschiedlichen Eigenschaften, natürliche oder induzierte Mutation -> Selektion Nachteile Ungezielt, langwierig, teuer, Kreuzung nur innerhalb einer Art und zwischen nahe verwandten Arten möglich
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- Lenape Kartoffel Kreuzung mit Wildkartoffeln zur schädlingsresistenz lieferte sehr gute Kartoffelchips, war giftig, produzierte viel Solanin, aus Produktion herausgezogen.
- Definition Gentechnik Produkt der Gentechnik Methoden und Verfahren der Biotechnologie, die auf den Kenntnissen der Molekularbiologie und Genetik aufbauen und gezielte Eingriffe in das Erbgut (Genom) ermöglichen. Als Produkt entsteht rekombinante DNA. Mit dieser können wiederrum gentechnisch veränderte Organismen (GVO) hergestellt werden.
- Wie kann rekombinante DNA zur Herstellung von GVOs in die Zellen gebracht werden? Über Vektoren/Plasmidvektoren/Plasmide (transformierte Zelle)
- Transformation nicht-virale Übertragung von freier DNA in kompetente Bakterienzellen, Pilze, Algen, Hefen und Pflanzen
- Transfektion DNA Übertragung in eukaryotischen Tierzellen
- Warum Gentechnik statt Züchtung? gezielter, schneller, einbringen nicht artverwandter Gene möglich (Resistenzen, Toxine, etc.) Gentechnik aus tertiärem Genpool
- Rote Gentechnik Weiße Gentechnik Grüne Gentechnik Medizin und Pharmazie (Erforschung von krankheitsursachen, Entwicklung von Medikamenten, etc.) Industrielle Verfahren (Nutzung gentechnisch veränderter Mikroorganismen zur Herstellung von Enzymen und Chemikalien, in der Fermentation oder in der Umwelttechnik) Landwirtschaftliche Produktion (Herstellung von Nutzpflanzen mit veränderten Anbaueigenschaften oder Inhaltsstoffen)
- Weiße Gentechnik Herstellung von: Antibiotika, pharmazeutischen Substanzen, Nahrungsmittelzusätzen, Kraftstoffen, Enzymen (Nahrungsmittel, Waschmittel), Bleichmittel, Biokunststoffe
- rote Gentechnik - transgene Tiere - GFP Grün fluoreszieendes Protein auf Qualle Aequora victoria, das bei Anregung mit blauem oder ultraviolettem Licht grün fluoresziert. Man hat Tiere leuchten lassen (Aquarienfische, etc.)
- Rote Gentechnik - Transgene Tiere wofür Humanmedizin: Produktion von Organen für die Xenotransplantation und therapeutischer Proteine Tiergesundheit: genetische Immunisierung, Übertragung von Resistenzgenen, Modifikation von endogenen Genen Verbesserung tierischer Produkte: Fleischleistung (Wachstumshormon), Fettverteilung/-zusammensetzung, Milchzusammensetzung (Lactose Gehalt, Caseine), Eigenschaften der Wolle Umweltschutz: Urinzusammensetzung (Reduktion von Phosphat und Nitrat)
- Beispiele transgene Tiere Lachs mit Dorschgen Schwein mit menschlichem Wachstumsgen Mäuse ohne Immunsystem und Fell
- medizinische Gentechnik gentechnisch hergestellte Medikamente/Impfstoffe; Gentests, um Krankheiten zu entdecken; Versuche, Menschen mit Hilfe von Gentherapie zu heilen
- Substitutionstherapie Additionstherapie Suppressionstherapie Ersatz oder Korrektur fehlerhafter oder fehlender Genfunktionen bei Erberkrankungen, die auf einen einzelnen Gendefekt beruhen (monogenetische Erberkrankung) Verstärkung der physiologischen Genfunktionen, beispielsweise in der immunabwehr bei Infektionskrankheiten und Krebs Ausschaltung pathogener Genaktivitäten.
- Gentherapie Versuch, durch Einschleusung (Gentransfer) von Nukleinsäuren (DNA,RNA) in Zellen des menschlichen Körpers, erworbene oder vererbte Erkrankungen zu behandeln. Entweder in vivo durch direkte Injektion (Gentransfervehikel) oder ex vivo Isolation von Körperzellen, anlegen einer Zellkultur und Reimplantation der transfizierten Zellen.
- Grüne Gentechnik: Pflanzentransformation Gewinnung von Pflanzenzellen, Kultivierung auf Nährboden Einbau der Fremd-DNA (über Vektor) in Pflanzenzelle -> Einbau des neuen Erbmaterials in das vorbereitete, nicht mehr tumorerregende Ti-Plasmid; Übertragung des Hybrid-Plasmids in Zellen, Vermehrung; Isolierung der Plasmid-DNA; einbringen großer Mengen in Agrobacterium tumefaciens; Einbau in Pflanzenzelle Regeneration neuer Pflanzen, Pflanze mit neuem Merkmal
- Agrobacterium tumefaciens wozu genutzt Alle Pflanzen gleich gut? Grüne Gentechnik - Pflanzentransformation, natürliche Infektion von Pflanzen NUR DIKOTYLE
- Binäre Vektoren z.B. Agrobacterium tumefaciens Vektoren, die sowohl in Bakterien als auch im Zielorganismus Pflanze abgelesen und vermehrt werden Im Labor: Überführung des Gens in ein Agrobacterium, Das Agrobacterium erkennt verwundete Zellen und doct an ihnen an. Das Gen wird vom Agrobacterium in die Pflanzenzelle eingeschleust und dort in das Erbgut eingebaut.
- Pflanzenransformation Möglichkeiten Gen zu integrieren 1. Infiltration 2. Partikelkanone (Goldpartikel)
- Antisense Überexpression Antisense keine Bildung von Protein Überexpression Fremd-DNA wird in Protein übersetzt
- Transgene Pflanzen Vorteile/Ziele Pflanzengesundheit: Resistenz gegenüber Bakterien, Pilzen, Viren, abiotischen Stress Verbesserung pflanzl. Produkte: Ertrag, Inhaltsstoffe, functional food Umweltschutz/Verminderung des landwirtschaftlichen Inputs: Bessere Verwertung von Nährstoffen, Wasser, Verminderung von Dünger, Spritzmitteln Humanmedizin: therapeutische Proteine, Impfstoffe
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- Beispiele transgene Pflanzen FlavrSavr Tomate: Enzym Polyacturonase (PG) zerstört formstabilisierende Zellwände bei Reifung. Einbringen antisense mRNA führt zum Abbau der PG mRNA, deshalb bleiben Tomaten länger fest. BT Mais (z.B. MON 810): Pflanzen enthalten zusätzliches Gen aus Bodenbakterium Bacillus thurigiensis. Produziert Bt-Toxin, das Pflanzen vor Maiszünsler schützt. Goldener Reis: mit beta-Carotin (Vitamin A Mangel vorbeugen),
- Grüne Gentechnik Pro und Kontra Pro: Produktivitätszuwachs, Einkommensverbesserung (Entwcklungsländer), Stabilisierung Lebensmittelpreise, Einsparung Pflanzenschutzmittel, Bessere Ernährung, geringere Mykotoxinbelastung (bt mais), Verminderung von Allergenen (Tomaten, Erdnüsse,..) Kontra: Gewinneinbußen (Europa), Dominanz großer Konzerne, Resistenzentwicklungen, Auskreuzung, Schädigung von Nichtzielorganismen