Gentechnik
Gentechnik
1 Einführung
1.1 Definition: Was ist Gentechnik?
Unter dem Begriff Gentechnik fasst man sämtliche Erkenntnisse zur Untersuchung und Manipulation von Erbgut zusammen. Jedes Lebewesen besitzt in seiner DNA die „Bauanleitung“ für das Aussehen und die Funktion der Organismen. Das Ziel der Gentechnologie ist, genau diesen Bauplan zu entschlüsseln und gezielt einzelne Bausteine, die für bestimmte Eigenschaften verantwortlich sind, zu verändern.
1.2 Abstecher in die Genetik
Jede individuelle Form des Lebens wird von Proteinen gesteuert.
Proteine
sind Eiweißkörper, die aus Aminosäuren aufgebaut sind. Sie bestimmen u.a. als Enzyme, Hormone oder Rezeptoren sämtliche Vorgänge des Lebens.
In der Natur gibt es über 20 Aminosäuren. Die Sequenz (Anordnung) der Aminosäuren im Molekül weist den Proteinen ihre ihnen bestimmte Funktion zu.
Im
menschlichen Organismus rechnet man mit ca. 50 000 Proteinen, rund 500 davon sind bekannt. Alle Lebewesen, jede Art und jedes Individuum verfügen über nur für sie selbst charakteristische Proteine.
Im Zellkern jeder Körperzelle befindet sich der paarweise angeordnete Chromosomensatz, im Chromosom befindet sich ein langkettiges Molekül von Desoxyribonukleinsäure (DNA). Es bildet die bekannte DNA-Doppelhelix, die etwa die Form einer wendelförmig gedrehten Strickleiter hat.
Der Begriff Gen steht für einen Abschnitt von Basenpaaren ( Adenin und Thymin oder Cytosin und Guanin => Anfangsbuchstaben der Basen => Code) auf dem DNA-Strang, der für die Bildung eines Proteins verantwortlich ist, wobei drei Basenpaare (Basentriplet) jeweils eine Aminosäure bestimmen.
Ein Basentriplet entspricht in einer leichter verständlichen Form einem Wort aus drei Buchstaben, z.B.: AAA oder CTT, mehrere Wörter ergeben logischerweise einen Satz. Einen (sinnvollen) Satz bezeichnet man als GEN.
Einige Größenordnungen: ca. 1000 Basenpaare ergeben ein Gen (variiert),
die menschliche DNA umfaßt ca.
3 Mrd. Basenpaare.
Mit diesem System ist die Natur in der Lage mit wenig Aufwand die ungeheure Vielfalt von genetischen Informationen zu speichern.
1.3 Universalität des genetischen Codes
Da die Erbinformation bei allen Lebewesen nach dem selben System gespeichert ist, ist es möglich, Informationen untereinander auszutauschen => Grundlage für die Gentechnik.
2 Gen- und Biotechnik
Gen- und Biotechnik werden oftmals gleichgesetzt, doch meinen die Begriffe längst nicht dasselbe:
2.
1 Biotechnologie
Die Biotechnik soll den Stoffwechsel, die biologischen Fähigkeiten zumeist einfacher Lebewesen technisch ausnutzen. Auf diese Weise werden schon seit Jahrtausenden Substanzen in Bakterien und Hefen hergestellt. Einfachste Beispiele sind die Gärung von Bier oder Verwendung von Backhefen.
2.2 Gentechnologie
ist ein Teilgebiet der Biotechnologie, das sich aus der Genetik und der Biochemie entwickelt hat, allerdings streng genommen keine eigene Wissenschaft.
Gentechnik ist der Biotechnik vorgelagert: War die Biotechnik bislang auf die natürlichen Eigenschaften von Organismen angewiesen, so eröffnet die Gentechnik ihr neue Wege.
Gentechnisch veränderte Bakterien können bakterienfremde Eiweiße wie z.B. das menschliche Hormon Insulin produzieren. Die Gentechnik kreiert also Lebewesen mit neuen Eigenschaften, die dann biotechnisch ausgenützt werden können.
3 Methoden und Einsatzbereiche der Gentechnik
3.1 Verfahren
Das Verfahren zur Genmanipulation besteht aus dem Zerschneiden und Wiederverbinden von DNA im Reagenzglas und der anschließenden Übertragung der so veränderten DNA in Zellen, die diese vermehren können.
Das wurde erst mit der Entdeckung der Restriktionsenzyme und der Ligasen am Ende der siebziger Jahre ermöglicht.
Restriktionsenzyme zertrennen die DNA an einer genau definierten Stelle. Die Wissenschaft kennt bis jetzt hunderte verschiedene Arten dieses Enzyms, jedes davon spaltet die DNA auf eine etwas andere Weise. Ihre ursprüngliche Funktion in der Natur ist es, ein Bakterium vor der Infektion mit einem Bakterienvirus zu schützen, indem sie die eindringende DNA des Virus zertrennen.
Das Enzym Ligase benötigt man, um die erhaltenen DNA- Fragmente erneut zusammenzusetzen.
3.
2 Einsatz in der Medizin
Das Paradebeispiel für genetische Methoden ist die Produktion von
menschlichem Insulin mit Hilfe von genmanipulierten Bakterien.
Gentechnologie wird in der Medizin hauptsächlich zur Gewinnung von
Arzneimitteln durch gentechnisch veränderte Mikroorganismen oder Zellen und
zur Entwicklung diagnostischer Möglichkeiten angewandt.
Ergebnisse weltweiter Bemühungen sind Impfstoffe wie z.B. für Hepatitis B. (An
einem Impfstoff für Aids arbeitet man fieberhaft.
)
Weiters kann man mit Gentechnik die Ausbeute bei Antibiotika produzierenden
Bakterien und Pilzen um das 1000fache steigern und unerwünschte
Nebenwirkungen eliminieren.
3.3 Einsatz in der Landwirtschaft
In der Landwirtschaft hat man großes Interesse daran, Gene für die Aufnahme
und Verwertung von Luftstickstoff aus Bakterien in Nutzpflanzen zu übertragen.
Dadurch könnte man auf Dünger verzichten. Dies würde eine die Kosten stark
reduzieren, und die Umweltbelastung senken.
In der Übertragung von Resistenzgenen gegen Schädlinge oder Umweltgifte
erwartet man sich deutliche Verbesserungen der Qualität von Kulturpflanzen.
Das Klonieren von Säugern ist vorerst Zukunftsmusik, weniger wegen den
technischen Möglichkeiten, vielmehr aufgrund der gesetzlichen Rahmenbedingungen, die dies nicht zu unrecht einschränken.
4 Risiken
Zwar ist der mögliche Nutzen der Gentechnik erheblich, doch birgt diese Technik viele Risiken. Beispielsweise könnte die Übertragung eines krebserzeugenden Gens in einen gewöhnlichen Krankheitserreger wie dem Grippevirus äußerst gefährlich sein.
4.1 Resistente Nutzpflanzen
Ziel der Gentechnik ist unter Anderem die Erzeugung von Nutzpflanzen, die mit weniger Düngemittel auskommen oder ertragreicher sind und gegen Schädlinge, Krankheitserreger oder sonstige Einflüsse resistent sind.
Da die Reproduktionszyklen der Schädlinge allerdings um ein Vielfaches kürzer sind als die der Nutzpflanzen, stellen sich die Schädlinge binnen kürzester Zeit auf neue Resistenzen ein und bilden neue Varianten.
Die Entwicklung resistenter Nutzpflanzen wird so zu einem Wettlauf mit der Anpassungsfähigkeit der Schädlinge. Außerdem befürchtet man, dass die Resistenzen auch auf Unkräuter übergehen könnten. 1997 wurde von einem französischen Agrarforschungsinstitut nachgewiesen, dass genmanipulierter Raps sein Erbgut an Wildpflanzen übermitteln kann.
4.2 Gentechnisch veränderte Lebensmittel
Die Erzeugung gentechnisch veränderter Lebensmittel ist sehr umstritten. So besteht die Befürchtung, dass Freilandversuche mit genmanipulierten Pflanzen zu unüberschaubaren Folgen für das ökologische Gleichgewicht führen könnten.
Gegner der Gentechnologie wollten zeigen, dass der genetisch veränderte Mais
schädlich für den Menschen ist. Also gaben sie einer Raupe nur noch diesen Mais zu
fressen, einer Fliege dann nur noch diese Raupen. Das Resultat war eine drastische
Verkürzung der Lebenserwartung der Fliege.
4.2 Gefahr durch Wissenslücken
Die Wissenschaft weiß bis jetzt noch wenig über die genetischen Baupläne von Pflanzen und Tieren. Nur die Funktionen einzelner Gene sind bekannt, da die komplette Entschlüsselung eines Genoms sehr aufwendig ist.
Selbst die komplette Entschlüsselung bedeutet aber nur, dass man die gesamte Buchstabenabfolge der DNA kennt. Die Funktion der einzelnen Sätze (Gene) ist bis dahin noch unbekannt.
Bei der Genübertragung ist also nur bekannt, welches Gen in das unbekannte Genom der Pflanze oder des Tieres eingeschleust wird. Man weiß nicht, in welchem Bereich der DNA sich das Gen einfügt. Wird bei der Integration des Fremdgens ein (lebens)wichtiges Gen beschädigt (der Satz ergibt keinen Sinn mehr), so ist der Organismus nicht mehr lebensfähig oder zeigt abnormes Wachstumsverhalten.
Das Fremdgen sollte also im Bereich der nicht codierenden Region integriert werden.
Dies ist jener Bereich der DNA, der keine sinnvollen Sätze und somit keine Merkmale bildet. Diese Sequenzen machen den größten Teil der DNA aus. Beim Menschen sind nur etwa 3% der DNA Gene (sinnvolle Sätze). Der Rest hat keine bis jetzt erkannte Funktion => sog. „Junk-DNA“
Wie weit eine Genübertragung den evolutionär gewachsenen Zusammenhang des Organismus beeinflusst ist ungewiss.
Ein Indiz, dass die DNA mehr ist als nur die Summe ihrer Gene, ist neben der komplexen Merkmalssteuerung auch die Tatsache, dass die Buchstabenfolge in der Junk-DNA alle charakteristischen Merkmale einer Sprache besitzt, deren Wörter und Sätze wir im Unterschied zu den codierenden Regionen noch nicht verstehen.
Die Gentechnik fordert den Menschen, über moralische und soziale
Konsequenzen naturwissenschaftlicher Forschung wie ihrer technischen Anwendung
nachzudenken.
Es gilt nicht immer, das technisch Mögliche zu tun, sondern sich verstärkt
nach dem Sinn seines Tuns zu fragen.
Die Umwelt repräsentiert ein Spektrum von Variablen, wovon uns nur wenige
bekannt sind. Fehlentscheidungen, das haben uns die Ereignisse in jüngster Zeit
gelehrt, verursachen oft irreparable Schäden in unserem Lebensraum.
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