Moderne Methoden der Zellbiologie

VII: Biotechnologie (INHALT)

Produkte aus gentechnisch veränderten Mikroorganismen

Eine große Bedeutung bei der biotechnologischen Nutzung von Mikroorganismen hat die Produktion von rekombinanten Proteinen - Proteinen die nicht zur Ausstattung der Mikroorganismen gehören, sondern durch gezielte Veränderung ihres Erbgutes erzeugt werden. Ein Beispiel ist das menschliche Insulin, das heute in großen Mengen von genmanipulierte Bakterienstämmen produziert wird.

Zur gentechnischen Veränderung von Bakterien bedient man sich einer Besonderheit im Genom von Prokaryonten - der Plasmide. Während über 90% der bakteriellen DNA in der chromosomalen DNA des Kernäquivalents (oben links) organisiert ist, findet man auch extrachromosomale, ringförmige DNA, die als Plamid bezeichnet wird (oben rechts). Die Plasmide tragen genetische Information, die für das bloße Wachstum der Zellen nicht esssentiell sind (Faktoren für die Konjugation, Antibiotika, Antibiotika-Resistenzen, Adhäsionsfaktoren, u.ä.). Plasmide können leicht aus den Zellen isoliert, gentechnisch verändert und wieder in die Zellen eingebracht werden.

Die doppelsträngige ringförmige Plasmid-DNA wird dazu mit Restriktionsenzymen aufgeschnitten. Die Fremd-DNA (z.B. das Gen, das menschliches Insulin kodiert) wird zugegeben und hybridisiert mit den freigewordenen DNA-Strängen im Plasmid (Rekombination). Das Enzym Ligase bildet kovalente Bindungen zwischen der Plasmid- und Fremd-DNA aus, so daß die Fremdgene ein integraler Teil des Plasmids werden. Die so veränderten Plasmide werden nun in Bakterien eingebracht (Transformation), und die Bakterien werden in einer Kultur vermehrt. Da die Plasmide bei jeder Zellteilung verdoppelt werden, haben alle nachfolgenden Zellen das Fremd-Gen und sind damit gezwungen, das gewünschte, rekombinante Protein zu produzieren.

Rechts sind Bakterien der Art Escherichia coli dargestellt, die ein rekombinantes Protein exprimieren.

Deutlich zu erkennen sind dicke, wulstartige Schwellungen ("Inklusionen"), in denen das Fremdprotein gelagert wird.

Normale, nicht-transformierte E. coli-Zellen zeigen keine Inklusionen (linke, obere Ecke des Bildes).

Aus: Primrose, S.B. (1991)

Forschungszentrum Jülich