01.08.2005 biotechnologie und gentechnik grundlagen und verfahrensweisen quelle: biolab -...
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01.08.2005
Biotechnologie und Gentechnik
Grundlagen und Verfahrensweisen
Quelle: BIOLAB - Baden-Württemberg
201.08.2005, © Peer Millauer
Was ist Biotechnologie?Was ist Gentechnik?
Definition Biotechnologie:
Definition Gentechnik:
301.08.2005, © Peer Millauer
Vielfalt der Anwendungsgebiete
401.08.2005, © Peer Millauer
Zellen, Gene, Proteine
501.08.2005, © Peer Millauer
Die Arbeit im Labor
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Biotechnologie in der Forschung
Humangenomforschung- eineJahrhundertleistung der Wissenschaft
Bereits im Februar 2001 - vier Jahre früher als ursprünglich erwartet - wurde die vorläufige DNA-Sequenz des Menschen im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht. Sie umfasst demnach 3,2 Milliarden Basenpaare und enthält ca. 30,000 bis 40,000 Gene
Der Stellenwert des Humangenomprojekts wird von vielen Wissenschaftlern mit der Aufstellung des Periodensystems der Elemente in der Chemie oder mit der Mondlandung verglichen.
Weltweit u. a. mit Beteiligung der USA, Frankreichs, Großbritanniens und Japans im Jahre 1990 in Angriff genommen und von der Human Genome Organisation (HUGO) koordiniert. Deutschland schloss sich dem Projekt im Jahr 1995 an .
701.08.2005, © Peer Millauer
Ziele der Genomforschung
•Genome des Menschen, verschiedener Tiere, Pflanzen und Bakterien erforschen
•Gesamtstruktur des Genoms und Genfunktionen bestimmen
•Neue Analysemethoden entwickeln
•Evolutionsbiologische Zusammenhänge erfassen
•Ethische Begleitforschung betreiben
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Entzifferung der Basenabfolge eines
Chromosoms
901.08.2005, © Peer Millauer
Gendiagnostik
•Genetisch bedingte Krankheitsursachen vor oder nach der Geburt erkennen
•Genetische Merkmale in Verbindung mit individuellen Reaktionen auf Medikamente nachweisen
•Individuen aufgrund genetischer Merkmale identifizieren ( z.B. in der Rechtsmedizin )
Ziele
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GendiagnostikFunktionsweisen
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GendiagnostikAnwendungsgebiete
•Vorgeburtlicher Nachweis von Erbleiden
•Nachgeburtlicher Nachweis: Vorhersage von Krebs oder Erbleiden
•Nachweis genetischer Faktoren für individuelle Reaktionen auf Medikamente (Pharmakogenetik)
•Test auf Gewebeverträglichkeit (Transplantationsmedizin)
•Vaterschaftsnachweise, Rechtsmedizin (genetischer Fingerabdruck)
1201.08.2005, © Peer Millauer
Humangenetische Testverfahren Krankheitsursachen werden schnell
und präzise erkannt durch Genom und/oder DNA – Analyse auf dem pränatalen oder postnatalen Weg. Beratungen über die Verfahrensweisen gibt es beim Arzt oder den Beratungsstellen der Universitäten
Gendiagnostik
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Gendefekte beim Menschen
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Das Karyogramm des Menschen
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Pro und Contra
Gendiagnostik
1601.08.2005, © Peer Millauer
Ziele
Pharmakogenetik
Neue Wirk- und Impfstoffe finden und verfügbar machen
Wirksamkeit und Verträglichkeit steigern
Arzneimittel umweltfreundlicher und mit weniger Aufwand herstellen
1701.08.2005, © Peer Millauer
Beispiele gentechnisch produzierter Arzneimittel
Pharmakogenetik
Erythroprotein (EPO): Blutarmut, Doping
Humaninsulin: Zuckerkrankheit
Interferon: Virus- und Krebstherapie
Hepatitis B – Antigen: Vorbeugung gegen Hepatitis
1801.08.2005, © Peer Millauer
Verfahrensweisen
Pharmakogenetik
Gene für Eiweißstoffe, aus denen die Arzneimittel gewonnen werden, werden in Bakterien oder höhere Zellen übertragen, die diese dann in größeren Massen produzieren
1901.08.2005, © Peer Millauer
Verfahrensweisen
Pharmakogenetik
2001.08.2005, © Peer Millauer
PharmakogenetikDiskussion
Pro Neue
Behandlungsstrategien Bessere Verfügbarkeit Vermindertes
Infektionsrisiko Höhere Wirksamkeit Geingere Nebenwirkungen Umweltfreundlichere und
wirtschaftlichere Herstellung
Contra Verdrängung alternativer
Behandlungswege Missbrauch rekombinanter
Hormone (z.B. EPO) im Leistungssport
2101.08.2005, © Peer Millauer
Methoden
Gentherapie
1) Somatische Gentherapie
2) Keimbahn - Gentherapie
Ad 1) : Erlaubt, weil nur Körperzellen therapiert werden, nicht vererbbar.
Ad 2) : Verboten, weil Ei und Samenzellen therapiert werden, vererbbar!
2201.08.2005, © Peer Millauer
Ziele
Gentherapie
Heilung von Krankheiten und Veränderung von Eigenschaften auf genetischer Ebene, d.h. durch Einpflanzen von oder Manipulation des genetischen Materials eines Menschen
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GentherapieFunktionsweisen
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Anwendungsgebiete
Gentherapie
Behandlung von Krebs, Infektionskrankheiten, Herz – Kreislauferkrankungen, Erbleiden, etc.
2501.08.2005, © Peer Millauer
GentherapieDiskussion
Pro Ursächliche Behandlung
bislang unheilbarer Krankheiten
Eröffnung neuer Behandlungswege
Überprüfung der Risiken und Wirksamkeit bestimmter Behandlungsformen
Contra Zeitlich begrenzte Wirkung
oder ausbleibender Erfolg Ungezielter Einbau in das
Erbgut kann Krebs zur Folge haben
Schwere Unverträglichkeitsreaktionen gegen Übertragungsvehikel
Gefahr der Anwendung auf menschliche Keimzellen (Keimbahntherapie)
2601.08.2005, © Peer Millauer
Definition
Stammzellforschung
Ziele
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Funktion
Stammzellforschung
Anwendung
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Stammzellforschung
2901.08.2005, © Peer Millauer
StammzellforschungDiskussion
Pro Erkenntnisgewinn über
grundlegende biologische Prozesse.
Stammzellen als Testsystem für die Entwicklung neuer Medikamente.
Neue Perspektiven für die Heilung beschädigter und erkrankter Organe.
Contra Ethische Probleme der
Erzeugung von Embryonen allein zu Forschungszwecken.
Ergebnisse können technische Möglichkeiten des Klonens des Menschen und genetische Eingriffe in die Keimbahn erweitern.
3001.08.2005, © Peer Millauer
Definition
Tissue Engineering
Ziele
T.E.=„Gewebekonstruktion“, d.h. die Kultur und Vermehrung von Zellen und Geweben von Mensch und Tier außerhalb des Körpers. Neue Perspektiven für die Transplantationsmedizin
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Tissue EngineeringFunktionsweisen
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Tissue Engineering
3301.08.2005, © Peer Millauer
Tissue EngineeringDiskussion
Pro Besser Übertragbarkeit von
Ergebnissen der Grundlagenforschung auf die Situation im menschlichen Organismus
Übertragung von Eigengewebe umgeht Problem des Spenderorganmangels
Keine Abstoßung von Transplantaten
Ersatz für Tierversuche
Contra Ethische Risiken des Einsatzes
embryonaler Stammzellen für die Züchtung von Geweben und Organen
3401.08.2005, © Peer Millauer
Definition
Xenotransplantation
Verfahren
Einsatz tierischer Organe für die Transplantationsmedizin, insbesondere das Hausschwein kommt als Organspender in Betracht
Züchtung von transgenen Schweinen deren Zelloberflächen best. Organe einen menschlichen Eiweißstoff enthalten. Nach Transplantationen in Menschenaffen blieb eine Abstoßungsreaktion aus.
3501.08.2005, © Peer Millauer
Risiken
Xenotransplantation
Ungewolltes Einschleusen von tierischen Krankheitserregern, z.B. Retroviren. Gefahr der Durchbrechung der Artenbarriere dieser Viren!Berüchtigtes Beispiel: Das AIDS – Virusaktuelle Gefahr: Das Vogelgrippenvirus in Asien
3601.08.2005, © Peer Millauer
Hypothetisches Beispiel
Xenotransplantation
3701.08.2005, © Peer Millauer
Ziele
Pflanzenzüchtung
Ertragssteigerung
Höhere Widerstandsfähigkeit
Qualitätsverbesserung
Kurze Generationszeit
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Methoden
Pflanzenzüchtung
Kombinationszüchtung (das Kombinieren von positiven Eigenschaften durch Kreuzung)
Mutationszüchtung (das Hervorrufen gewollter Mutationen durch Chemikalien oder Strahlung und deren Weitervererbung)
3901.08.2005, © Peer Millauer
Methodenbeispiel
Pflanzenzüchtung
4001.08.2005, © Peer Millauer
Die Herstellung transgener Pflanzen
Biotechnologische Methoden in der
Pflanzenzüchtung
3 mögliche Verfahrensweisen zur Einbringung von Genen in Pflanzen:
• Über Plasmide (Agrobacterium tumefaciens)
• Über eine Partikelkanone
• Über Injektion in Protoplasten
4101.08.2005, © Peer Millauer
Biotechnologische Methoden in der
Pflanzenzüchtung
4201.08.2005, © Peer Millauer
Ziele
Biotechnologische Methoden in der
Pflanzenzüchtung
• Virusresistenz
• Pilzresistenz
• Insektenresistenz (Beispiel: Bt – Toxin)
• Herbizidtoleranz
• Qualitätssteigerung ( angereicherter Reis )
• Rohstoff für die Energieversorgung (Rapsöl)
4301.08.2005, © Peer Millauer
Sicherheitsaspekte
Biotechnologische Methoden in der
Pflanzenzüchtung
4401.08.2005, © Peer Millauer
Anbaustatistik
Biotechnologische Methoden in der
Pflanzenzüchtung
4501.08.2005, © Peer Millauer
Transgene PflanzenDiskussion
4601.08.2005, © Peer Millauer
Reproduktionstechniken
Biotechnologische Methoden in der
Tierzüchtung• Künstliche Besamung (Einführen des
Spermas in das weibliche Tier)
• In – vitro – Befruchtung (Befruchtung außerhalb des Körpers)
• Superovulation (Stimulierung einer hohen Zahl von Eizellen)
• Ammentiere (Austragen in Leihmuttertieren)
• Klonierung ( Embryosplitting oder Kerntransfer)
4701.08.2005, © Peer Millauer
Klonierung durch Kerntransfer
Biotechnologische Methoden in der
Tierzüchtung
Bestätigung dieser Methode auch an anderen Tieren: Rind, Ziege, Maus, Schwein.Jedoch für Tierzucht wenig effektiv, da nur jedes 250 Tier lebensfähig ist.
4801.08.2005, © Peer Millauer
Transgene Tiere
Biotechnologische Methoden in der
Tierzüchtung
Mikroinjektion von Genen in die befruchtete Eizelle
Methode möglich, jedoch wenig effektiv: Nur 0,75 % aller Zygoten entwickeln sich zum lebensfähigen Tier (Beispiel : Rind)
Die Kosten sind enorm:Die Herstellung eines transgenen Rindes kostet zwischen 0,5 und 1 Mio US – Dollar.Info: Transgene Lachse
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