Menschliche Gene in Bakterien einschleusen

Bakterien, welche die menschliche DNA zusammen mit dem Resistenzgen tragen, überleben auf einem Nährboden mit Antibiotikum. Bild: CanStockPhoto

DNS-Stücke neu kombinieren: DNS-Rekombination

Nicht nur menschliche Gene bestehen aus DNS, sondern auch die Plasmide der Bakterien. Sie können miteinander kombiniert werden.

Rekombination heisst: ein zusätzliches Gen in einen Gen-Ring eines Bakteriums - in ein Plasmid - einfügen.

Die Gentechniker interessieren sich oft nur für ein bestimmtes Gen. Um dieses zu untersuchen und damit arbeiten zu können, wird das Gen in Bakterien eingeschleust.

Zuerst muss der Gentechniker folgende DNS vorbereiten:
A) Das Gen, das in das Plasmid einschleust werden soll, wird aus einer Zelle, zum Beispiel einer Menschenzelle, isoliert.
B) Das Plasmid wird aus Bakterien isoliert.

Beides muss nun so geschnitten werden, dass das DNS-Stück mit dem Gen, welches untersucht werden soll, in das Plasmid des Bakteriums eingefügt werden kann. Dazu werden DNS-Scheren (Restriktionsenzyme) zugegeben:
A) Die menschliche DNS wird an vielen Stellen geschnitten. Es entstehen viele verschieden grosse Fragmente. Das DNS-Stück, welches das Gen enthält, mit dem der Gentechniker weiter arbeiten will, wird mit Gel-Elektrophorese von den anderen DNS-Stücken getrennt (siehe DNS in Stücke schneiden).
B) Das Plasmid wird nur einmal geschnitten. Der Gen-Ring wird dadurch geöffnet.

Die menschliche DNS und das Plasmid müssen mit der gleichen Schere geschnitten werden, damit die Enden zusammen passen. Man spricht von "klebrigen Enden". Mit Hilfe von Ligasen werden die Enden miteinander verknüpft.

Das Resultat ist ein rekombinanter Gen-Ring: ein Plasmid eines Bakteriums mit einem menschlichen Gen.

Plasmid ins Bakterium bringen: Transformation

Um mit dem Gen, das nun ins Plasmid integriert ist, weiter zu arbeiten, muss der Gen-Ring wieder zurück ins Bakterium gebracht werden. In einem Röhrchen mit einer Nährlösung bringt der Gentechniker Bakterien und Plasmide zusammen.

Damit die Bakterien das Plasmid aufnehmen, müssen sie mit Hitze behandelt werden. Das Röhrchen wird deshalb für kurze Zeit in 56°C warmes Wasser gehalten. Durch die Hitze erleiden die Bakterien einen Schock: In ihren Zellwänden und/oder Zellmembranen bilden sich kleine Löcher, durch welche die Plasmide schlüpfen können. Nimmt man das Röhrchen aus dem warmen Wasser heraus, schliessen sich die Löcher, und die Plasmide bleiben in den Bakterien drin.

Selektion

Längst nicht alle Bakterien nehmen ein Plasmid auf, sondern nur etwa eines von 10'000. Wie können wir diejenigen mit von denjenigen ohne Plasmid unterscheiden?

Das Plasmid hat ein sogenanntes Resistenz-Gen. Anhand dieses Gens produziert das Bakterium ein Eiweiss, mit dem es sich vor einem Gift (Antibiotikum) schützen kann. Zuerst mixt man eine Nährstofflösung zusammen und gibt etwas Gift hinzu. Dieser Mix wird in eine Plastikschale gegossen und verfestigt sich zu einem Gel.

Die Bakterien werden in die Schale gegeben und für mehrere Stunden in einen 37°C warmen Brutkasten gestellt. Die mit dem Plasmid, also diejenigen mit dem Gift-Schutz-Gen, vermehren sich, und zwar so stark, dass man mit der Zeit von blossem Auge kleine Haufen sieht. Die Bakterien ohne Plasmid sterben ab.

Menschliches Eiweiss gewinnen

Mit einem Stift kann der Gentechniker nun Bakterien eines Haufens herausfischen und gibt sie in eine Nährstofflösung. Die Bakterien vermehren sich. Sie besitzen alle das rekombinante Plasmid mit dem menschlichen Gen. Anhand dieses Gens produzieren die Bakterien das entsprechende menschliche Eiweiss. Dieses kann man dann isolieren und- je nach Eiweiss- z.B. als Medikament verwenden.

Video zum Text

Für weitere Informationen lies auch den Artikel "So funktioniert eine Klonierung".

Dieser Inhalt stammt von der ehemaligen Website gene-abc.ch, die im Jahr 2016 in die Website SimplyScience.ch integriert wurde. Das Gene ABC war eine Initiative des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF) und wird seit 2016 von der SimplyScience Stiftung weitergeführt.