Transgene Organismen sind Lebewesen, die in ihrem Genom zusätzliche Fremdgene aus anderen Organismen oder veränderte Genkopien enthalten. Es handelt sich um eine spezialisierte Form der Transfektion. Aufgrund der Universalität des genetischen Codes lassen sich also Organismen mit vollständig artfremden Genen erzeugen, so dass zum Beispiel Bakteriengene ihre Funktion in Nutzpflanzen verrichten können. Diese Art der genetischen Modifikation ist also deutlich von traditionellen Züchtungsmethoden zu unterscheiden, bei denen immer nur auf bestehendem Erbgut und dessen nutzbringender, willkürlicher Selektion von zufällig auftretenden Mutationen aufgebaut wurde. Gewöhnlich werden solche Lebewesen mittels Biotechnologie hergestellt; in der Natur kann auch ein horizontaler Gentransfer ein transgenes Lebewesen erzeugen.
Transgene Mikroorganismen werden weltweit in großen Mengen zur Herstellung verschiedener Substanzen verwendet, von Antibiotika über Insulin oder Vitaminen (z.B. Riboflavin) bis zur Zitronensäure. Die Mikroorganismen werden dabei in großen Fermentern gezüchtet und kontinuierlich oder im fed-batch-Verfahren (alle auf einmal) „geerntet“.
Auch transgene eukaryotische Lebewesen werden bereits benutzt. Bekannte Beispiele hierfür dürfte der Bt-Mais oder verschiedene Hefen sein. In der Entwicklungsbiologie, Genetik und anderen biologischen und medizinischen Bereichen sind transgene Organismen wichtige Werkzeuge zur Untersuchung von Genfunktionen. Dabei kommen verschiedene Verfahren der Erzeugung von Transgenen zum Einsatz. Bei Drosophila melanogaster werden Transgene beispielsweise mit Hilfe von Transposons erzeugt.
Ziele
(Resistenzzüchtungen, Produktivitätssteigerung, Anpassung an extreme Umweltbedingungen)...
Höhere Lebewesen
Die generelle Strategie zur Erzeugung transgener höherer Lebewesen (eukaryotische Vielzeller) sieht folgendermaßen aus:
- Gewinnung toti- oder pluripotenter embryonaler Stammzellen (ES)
- Einschleusung von fremdem Erbgut in diese Zellen
- Entwicklung der Stammzellen zu vollständigen Organismen
- Bei Einbringung der modifizierten Zellen in die Keimbahn resultiert ein vollständig transgener Organismus, bei Integration in somatisches Gewebe kann eine genetische Chimäre erzeugt werden, die nur partiell transfeziertes Gewebe enthält. Chimären wiederum können durch geeignete Kreuzungen unter Umständen zu vollständig transgenen Organismen weitergezüchtet werden.
Weiterhin kann DNA auch über Infektion mit Retroviren oder direkte Injektion in einige Gewebetypen in einen Organismus eingeschleust werden.
Transgene Tiere
Bei Tieren werden zu diesem Zweck zunächst als "Vektor" oder "Gen-Taxi" bezeichnete Plasmide, die das gewünschte Fremdgen enthalten, in befruchtete Eizellen eingebracht und diese dann scheinschwangeren Muttertieren implantiert. Die bei erfolgreicher Geburt erhaltenen Nachkommen sind mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit transfiziert und werden nach dem Fremdgen "gescreent". Bezüglich des Fremdgens positive Nachkommen werden daraufhin weiter verpaart.
In der biologischen und medizinischen Forschung ist die Verwendung sogenannter "Knockout-Mäuse" etabliert. Dabei handelt es sich um Mäuse, in denen ein Gen gezielt so verändert (mutiert) ist, daß das durch das Gen kodierte Protein nicht mehr exprimiert wird. Das Genprodukt ist also "knocked out". Auch mehrere Gene können in einem Stamm von Mäusen von solch einem Knockout betroffen sein. Der Vorteil von Knockout-Tieren ist, daß die Funktion des fehlenden Proteins im lebenden Tier oder seinen Zellen und Geweben untersucht werden kann, indem man nach Unterschieden zwischen den jeweiligen Mutanten und Wildtyp-Tieren (meist Geschwister aus demselben Wurf) sucht.
Transgene Pflanzen
Gentransfer kann bei Pflanzen direkt in die zellwandlosen Protoplasten oder in intakte Gewebe geschehen. Es gibt verschiedenste Methoden der Transfektion. Die bekannteste Methode ist die, welche mit Hilfe des Bakteriums Agrobacterium tumefaciens durchgeführt wird. Dabei wird die Eigenschaft des gram negativen Bakteriums genutzt, ein Teil seiner DNA (T-DNA auf den Ti Plasmid) mit hilfe von vir-Genen in die Pflanze zu übertragen und dort die so genannten Gall auszubilden (bestehen aus Zellen, die sich ständig teilen). Als weitere Methode hat sich die Mikoinjektion etabliert. Weiterhin wird auch zur Erzeugung von transgenen Pflanzen die Elektroporation und die Gene gun (zu deutsch: "Genkanone") verwendet. Dieses sind Geräte mit denen DNA-beschichtete mikroskopische Gold- oder Wolfram-Kügelchen unter hohen Druck in die Zellen geschossen werden können.
Mit diesen Methoden sollen nicht nur transgene Nutzpflanzen hergestellt werden, welche resistenter gegenüber Schädlingen (wie der bt-mais) sind oder größere Trockenheit oder einen höheren Salzgehalt des Bodens ertragen, sondern auch einen wichtigen Beitrag für die Medizin leisten. Indem die Produktion von Proteinen, Nutraceuticals oder Antikörpern in Pflanzen kostengünstig möglich wäre.
Transgene Mikroorganismen
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Sicherheit
Die Herstellung von transgenen Organismen in biotechnologischen Labors stellt normalerweise nicht den Endpunkt der Forschung dar. Transgene Nutzpflanzen müssen zum Beispiel auf ihre Überlebensfähigkeit unter natürlichen Außenbedingungen unter Beweis stellen. Mit der Ausbringung der Pflanzen wird aber das Risiko eingegangen, dass natürliche Verbreitungsmechanismen (Pollenflug, Bestäubung) die künstlichen genetischen Konstrukte in die freie Natur befördern. Deswegen versucht die Forschung sichere Pflanzen zu entdecken, welche nicht zur Blüte gelangen. Eine Folgeabschätzung der Verbreitung der Organismen ist bei der Komplexität der Interaktion zwischen Phänotyp und Umwelt kaum möglich... Relativ sicher ist die Verwendung von transgenen Mikroorganismen. Diese werden oft so modifiziert, dass sie zum Beispiel unter UV Licht sofort degradiert werden. Wahrscheinlich ist dieses der Grund, warum die transgenen Mikroorganismen weltweit schon in großen Mengen z.B. bei der Bier-, Wein- und Brotherstellung, der Produktion von Zitronensäure, Insulin und verschiedener andere Aminosäuren kostengünstig und weitgehend akzeptiert verwendet werden.