Genforschung

Die Genforschung bzw. die molekulare Genetik beschäftigt sich mit den grundlegenden Phänomenen der Vererbung auf der Ebene von Makromolekülen. Die Desoxyribonucleinsäuren (DNA) sind Träger der Erbinformation, die Ribonucleinsäuren (RNA) bewerkstelligen die Umsetzung der Information in den Bau von Proteinen.

Unter dem Begriff Gentechnik fasst man die Arbeitsmethoden und Techniken zusammen, die erforderlich sind, um dieses genetische Material aus einem Organismus zu isolieren, zu analysieren, zu verändern und gegebenenfalls in andere Organismen zu überführen. Des Weiteren wird das gewonnene Material oft gesammelt, konserviert und registriert. Die Gentechnik findet seit ihrer rasanten Entwicklung in den frühen 1970er-Jahren überwiegend Anwendung in der molekularbiologischen Grundlagenforschung. Jedoch gewinnt sie auch für praxisorientierte Entwicklungen in der Biotechnologie zunehmend an Bedeutung. Entsprechende Produkte finden bereits im täglichen Leben zahlreiche Anwendungen: Erzeugung pharmazeutischer Produkte für Diagnostik (Enzyme, Immun-Tests), Therapie (Hormone wie beispielsweise Insulin) sowie medizinische Vorsorge (z.B. Impfstoffe). Auch im Lebensmittel- und Futter-Bereich, im Umweltschutz (Abbau von Schadstoffen durch Mikroorganismen) und in der Landwirtschaft (Nutzpflanzen- und Tierzüchtung) sind gentechnische Arbeitsmethoden bereits etabliert.

Forschungsschwerpunkte sind bzw. waren die Feinstrukturanalyse von Genen (Einheiten der Erbsubstanz), die Entschlüsselung des genetischen Codes, die Sequenzanalyse von DNA, RNA und Proteinen, die Veränderung von DNA-Sequenzen durch Mutationen sowie die Untersuchung der molekularen Mechanismen der Verdopplung und des Ablesens der DNA. In zunehmendem Maße ist nicht nur die Analyse, sondern auch die gezielte Manipulation von Genen möglich geworden, wodurch die Anwendung der Genetik verstärkt mit ethischen Problemen konfrontiert ist.

Bei einem typischen gentechnischen Experiment wird DNA aus Zellen isoliert und mittels spezieller Enzyme (Proteine, die als Biokatalysatoren fungieren) in kleine Stücke geschnitten. Ein bakterielles Plasmid (ringförmige DNA) wird mit dem gleichen Enzym an einer bestimmten Stelle geöffnet. Anschließend werden neue DNA-Stücke zugegeben. Mit Hilfe eines anderen Enzyms werden die aufgeschnittenen Stränge verbunden und so ein DNA-Bruchstück in ein Plasmid eingefügt. Dieser Vorgang geschieht im Reagenzglas (in vitro). Die daraus resultierenden Plasmide besitzen nun eine zusätzliche Erbinformation. Zu ihrer Vermehrung werden sie mit ihren entsprechenden Wirtsbakterien vermischt und anschließend die Bakterien auf einen besonderen Nährboden übertragen. Dort vermehren sich nur die Bakterien, die ein Plasmid aufgenommen haben. Aus einer einzelnen Zelle, die das Plasmid enthält, wird eine Kultur angelegt. Durch Teilungen entsteht aus einer Stammzelle eine Population von Zellen, die in ihren Erbmerkmalen gleich sind (geklont sind). Dies ist die Grundlage zur Massenproduktion von Bakterien, die z.B. bestimmte Stoffe produzieren können.