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Rekombinante DNA (rDNA)

1973
  • Stanley Norman Cohen
  • Herbert Boyer
Molekularbiologe, der die rekombinante DNA-Technologie in einem Labor durchführt.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Bei der rekombinanten DNA-Technologie (rDNA) werden DNA-Moleküle zweier verschiedener Spezies miteinander verbunden. Die rekombinante DNA wird in einen Wirtsorganismus eingebracht, um neue genetische Kombinationen zu erzeugen. Dies geschieht durch den Einsatz von Restriktionsenzymen, die die DNA an bestimmten Stellen schneiden, und DNA-Ligase, die die Fragmente zusammenfügt. Oft wird das gewünschte Gen zum Klonen in einen Plasmidvektor eingebaut.

Bei der rekombinanten DNA-Technologie, auch bekannt als Gentechnik, wird künstliche DNA durch die Kombination von genetischem Material aus verschiedenen Quellen erzeugt. Diese Technologie hat die Biologie und die Medizin grundlegend verändert, da sie es Wissenschaftlern ermöglicht, den genetischen Code von Organismen direkt zu manipulieren. Das Kernverfahren umfasst mehrere wichtige Schritte. Zunächst wird ein Gen von Interesse identifiziert und aus der DNA eines Ausgangsorganismus isoliert. Dies geschieht häufig mit Hilfe von Restriktionsenzymen, d. h. Proteinen, die wie eine molekulare Schere wirken und die DNA an bestimmten Erkennungssequenzen schneiden. Anschließend wird ein Vektor ausgewählt, d. h. ein DNA-Molekül, das dazu dient, das fremde genetische Material in eine andere Zelle zu übertragen. Bakterielle Plasmide - kleine, zirkuläre DNA-Moleküle, die vom bakteriellen Chromosom getrennt sind - sind die gängigsten Vektoren. Das gleiche Restriktionsenzym, das zum Ausschneiden des Gens verwendet wird, wird auch zum Aufschneiden des Plasmidvektors eingesetzt. Dadurch entstehen kompatible ‘klebrige Enden’ sowohl am Gen als auch am Plasmid. Drittens wird das isolierte Gen in das Plasmid eingefügt. Die klebrigen Enden des Gens verbinden sich mit den komplementären klebrigen Enden des Plasmids, und das Enzym DNA-Ligase wird hinzugefügt, um sie durch Bildung von Phosphodiesterbindungen dauerhaft zu verbinden. Das resultierende Molekül ist ein rekombinantes Plasmid, das das neue Gen enthält. Schließlich wird dieser rekombinante Vektor durch einen Transformationsprozess in einen Wirtsorganismus, in der Regel ein Bakterium wie *E. coli*, eingeführt. Wenn sich die Wirtszellen vermehren, replizieren sie das rekombinante Plasmid zusammen mit ihrer eigenen DNA, wodurch viele Kopien des eingefügten Gens entstehen. Die Wirtszellen können das fremde Gen auch transkribieren und übersetzen, um das gewünschte Protein zu produzieren, z. B. das menschliche Insulin die in Bakterien produziert werden.

UNESCO Nomenclature: 2406
- Molekularbiologie

Typ

Chemischer Prozess

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung der DNA als genetisches Material
  • Aufklärung der DNA-Doppelhelixstruktur
  • Entdeckung von Plasmiden in Bakterien
  • Entdeckung und Charakterisierung von Restriktionsenzymen durch Werner Arber, Daniel Nathans und Hamilton Smith
  • Entdeckung der DNA-Ligase

Anwendungen

  • Herstellung von synthetischem Humaninsulin für Diabetiker
  • Schaffung gentechnisch veränderter Organismen (GVO)
  • Produktion von Impfungen (e.g., hepatitis B vaccine)
  • Gentherapie
  • Produktion von Gerinnungsfaktoren für Hämophilie

Patente:

  • US4237224

Potenzielle Innovationsideen

  • Bakterien so manipulieren, dass sie Kunststoffe oder Schadstoffe abbauen
  • Entwicklung von Pflanzen, die ihren eigenen Stickstoff fixieren können, wodurch der Einsatz von Düngemitteln reduziert wird
  • Schaffung synthetischer biologischer Schaltkreise für Biosensoren
  • Herstellung von Spinnenseide in Ziegen für hochfeste Materialien
  • Entwicklung von Immunzellen (CAR-T), um Krebs zu bekämpfen und zu töten
  • developing ‘gene drive’ systems to control disease-carrying insect populations
  • Herstellung von Biokraftstoffen aus gentechnisch veränderten Algen
  • Schaffung hypoallergener Haustiere durch Ausschalten allergenproduzierender Gene
  • manufacturing complex pharmaceuticals in plant-based systems (‘pharming’)
  • Entwicklung lebender bakterieller Therapeutika, die Medikamente direkt im Darm produzieren
Verwandt mit: rekombinante DNA, Gentechnik, Stanley Cohen, Herbert Boyer, Plasmid, Vektor, Restriktionsenzym, DNA-Ligase, Genklonen, GVO.

Historischer Kontext

Rekombinante DNA (rDNA)

1958
1960
1970
1973
1975
1979
1983
1954
1960
1967
1970
1975
1977
1983
1987

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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