GMU:BioGlossar: Difference between revisions

„Die Biotechnologie, eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, ist in besonderem Maße interdisziplinär. Je nach Aufgabenstellung erfordert sie Wissen aus der allgemeinen Biologie, das Molekulargenetik und der Zellbiologie, der Humangenetik und der molekularen Medizin, der Virologie, Mikrobiologie und Biochemie, der Enzymtechnologie, der Bioverfahrenstechnik und der Kybernetik; dazu in immer stärkerem Maße auch umfangreiche Computerkenntnisse, vor allem für die Bioinformatik und die Systembiologie. 
Vor diesem Hintergrund nimmt es nicht wunder, dass es so gut wie keine kurz gefassten Lehrbücher gibt, die das gesamte Gebiet abdecken. Selbst vielbändige Monographien lassen meist wichtige Gebiete wie Tier- und Pflanzenzucht außer acht.„Die Biotechnologie ist eine anwendungsbezogene Wissenschaft - viele ihrer Aufgabenstellungen haben wirtschaftliche Motive.“<ref name="Schmidt">Schmid: „Taschenatlas der Biotechnologie und Gentechnik“; S. IX</ref>

„1973 gelang es Stanley Cohen und Fredeerick Boyer zum ersten Mal, ein fremdes Gen gezielt in einem Wirtsorganismus zu übertragen und dort zur Expression zu bringen. Von da ab dauerte es 10 Jahre, bis das erste gentechnisch erzeugte Medikament zugelassen wurde. Heute sind weit über 40 gentechnisch hergestellte Medikamente und Therapeutika zugelassen, {…} Hunderte befinden sich in der Entwicklung. Stand in den Anfangsjahren die medizinische Forschung im Mittelpunkt, so verfiel man bald darauf, die neuen gentechnischen Methoden auch auf landwirtschaftliche Fragestellungen anzuwenden. So züchtete man transgene Pflanzensorten, die Resistenz-Faktoren gegen Herbizide, oder Insektenfraß enthalten. Sie werden heute vor allem in Nordamerika in großem Stil angepflanzt. Auch die Erzeugung von Nutz-  und Zierpflanzen mit verbesserten nutritiven oder dekorativen Eigenschaften und die Holzwirtschaft profitieren von den neuen Methoden der Gentechnik. In der chemischen Industrie wächst die Zahl der Syntheseschritte mit Hilfe von Mikroorganismen oder Enzymen (Biokatalyse), seit diese gentechnisch an die industriellen Erfordernisse angepasst werden können. {…} sind mittlerweile die Genome von über 50 Mikroorganismen und zahlreichen höheren Organismen, darunter des Menschen) vollständig sequenziert. {…}

:Das 1998 geborene Schaf ''Dolly'' was da erste künstlich aus den Körperzellen der Mutter klonierte und mit dieser genetisch identische Lebewesen. 
Die Stoßrichtung derartiger Forschungsrichtungen z.B. der Embryonenforschung, und die atemberaubende Schnelligkeit des Fortschritts hat eine intensive gesellschaftliche Diskussion in Gang gesetzt. {…}  Steht es uns an, Pflanzen und Tiere genetisch so zu verändern, dass ihre Produktivität an unsere wirtschaftlichen, ihre Toleranz an unsere Umweltbedingungen angepasst wird? Welche ökonomischen Umverteilungen ergeben sich aus der Beherrschung dieser Technologien zwischen Industrie- und Entwicklungsländern? Welche ökologischen Risiken lösen wir mit einem mutwilligen, vorrangig ökonomisch begründeten Eingriff in die biologische Diversität aus? Noch ist keine dieser Fragen verbindlich gelöst. {…}

:Ein wesentlicher Teil der neuen pharmazeutischen Wirkstoffe wurde entweder unter Verwendung gentechnisch erzeugter Targets entwickelt oder ist selbst ein rekombinantes Protein. {…} Auch in der Tier- und Pflanzenzucht, Grundlage für die Produktion von Lebensmitteln, finden gentechnische Methoden eine immer stärkere Berücksichtigung. Das Marktvolumen gentechnischer Produkte und transgener Lebewesen liegt heute bereits etwa doppelt so hoch und wächst schneller als das der traditionell erzeugten Fermentationsprodukte, von den alkoholischen Getränken einmal abgesehen.“<ref>ebenda; S.4</ref>

Die DNA ist das Material aus dem die Gene bestehen. Die Hauptaufgabe der Gene ist das Herstellen von Proteinen.


Oswald T. Avery entdeckte 1944 die Nukleinsäure als Träger der Erbanlagen. Die DNA enthält die Bauanleitung für Proteine, diese wiederum sind für die Ausprägung von Merkmalen oder den Verlauf von Stoffwechselprozessen  verantwortlich. 
Die Grundbausteine aller Proteine bei Lebewesen sind 20 Aminosäuren. Deren Reihenfolge und die Kettenlänge definieren die Proteine, durch diesen Aufbau sind nahezu unendlich viele Variationen möglich. Man unterscheidet nach Primärstruktur - die Reihenfolge der Aminosäuren, Sekundärstruktur - wie ein Protein aufgerollt und gefaltet ist, und Tertiärstruktur- die räumliche Gestalt, die das Protein hat. Lebewesen haben individuelle, körpereigene Proteine, es gibt allerdings auch Proteine mit universellerem Charakter. Enzyme sind von ihrem Aufbau her hochmolekulare Proteine, die eine Andockstelle für ein Substrat besitzen. Ihre Namen enden auf -ase. Den Nichtproteinanteil bezeichnet man als Coenzym.

;Klone :
Klone sind durch asexuelle Vermehrung aus einer einzigen Zelle hervorgegangen. Sie sind genetisch identisch. Unterschiedliche Merkmale im Phänotyp beruhen auf Modifikationen durch Umwelteinflüsse, oder sind im Verlauf der Entwicklung durch somatische, nicht vererbbare, Mutationen entstanden.
Im menschlichen Körper gibt es rund 210 verschiedene Zelltypen.
Totipotente Zellen können sich zu jeder Art von Zelle
 entwickeln, pluripotente Zellen haben begrenzte Entwicklungsmöglichkeiten, können sich zu verschiedenen Zellen einer Sorte entwickeln, zum Beispiel einzelne Gewebe bilden.

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Allel: 
alternative Zustandsform eines Gens; eine von mindestens zwei einander entsprechenden Erbanlagen homologer Chromosomen. <ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

;Gen: 
The basic unit of heredity; the sequence of DNA that encodes all the information to make a protein. Structurally, a gene is formed by three regions: 
a regulatory region called the promoter juxtaposed to the coding region containing the protein sequence, and a “3’ tail” sequence. In mammalian cells, the promoter is a complex region containing binding sites for many proteins that regulate gene expression. A gene may be “activated” or “switched on” to make protein - this activation is referred to as gene expression - by these proteins which control when, where and how much protein is expressed from the gene. In the human genome, there are an estimated 28,000 genes. 
Some of these are evolutionarily related and form “gene families” that express related proteins. There are also genes that no longer make a protein; these defective remnants of evolution are called pseudogenes. <ref>www.celera.com</ref>

;Gen: 
DNA-Abschnitt, der eine RNA- und/ oder ein Polypeptid-Molekül codiert.<ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

; Genom: 
Ein Genom ist die Gesamtheit der DNA eines Virus, einer Zelle oder eines Organismus. Das Genom enthält die Informationen, die zur Entwicklung (Ontogenese) der Bau- und Leistungsmerkmale eines Lebewesens oder eines Virus notwendig sind. Diese Informationen sind in der Basensequenz der DNA verschlüsselt. Daneben enthält es Basensequenzen, die strukturelle Bedeutung für die Organisation der DNA haben oder deren Bedeutung noch nicht bekannt ist.

:Bei mehrzelligen Organismen ist das Genom die Gesamt-DNA einer Zelle. Das Genom der einzelnen, ausdifferenzierten Zelle ist weitgehend dem Genom der Zygote, aus der sie durch mitotischer Zellteilung entstanden sind, identisch. Es gibt jedoch durch Mutationen und mitotische Rekombinationen kleine Veränderungen.

;Genotyp: 
Gesamtheit aller Erbanlagen eines Organismus. <ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

;Künstliches Leben: 
Die Frage nach künstlichem Leben ist zweiteilig: 1. die Herstellung eines bekannten Lebewesens im Labor, und 2. die Herstellung neuer Lebensformen.

:1. Obwohl man nicht erwartet, mehrzellige Organismen in naher Zukunft zu erzeugen, ist es
 schon gelungen, den Polio-Virus im Labor herzustellen. Damit ist es zwar gelungen, ein biologisches System zu erzeugen. Es konnte aber dabei nicht einmal auf die Mithilfe von Zellen verzichtet werden. Viren zeigen nicht alle Kennzeichen der Lebewesen, sind damit also per definitionem keine Lebewesen.

;Beginn des Lebens: 
Eine naturwissenschaftliche Definition für Leben im Sinne von „lebendig sein“ korrespondiert mit der naturwissenschaftlichen Definition für Lebewesen. Wird für Lebewesen das genetische Programm, seine Funktionalität und seine Entwicklung als essentiell angenommen, dann ergibt sich für den Beginn des Lebens der Zeitpunkt, zu dem Moleküle als Träger des Programms und weitere Hilfsmoleküle zur Realisierung, Vervielfältigung und Anpassung dieses Programms dergestalt in Wechselwirkung treten und von einander abhängig sind, dass eine Einheit höherer Ordnung entsteht, die neue, emergente Eigenschaften aufweist. (...) Die ontogenetische Frage nach der Entstehung des Lebens beinhaltet die Frage, ab und bis zu welchem Zeitpunkt seiner Entwicklung ein Organismus als lebendig betrachtet wird.  

;Monomere: 
Bausteine der Polymere. <ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

;Mosaikgene: 
(engl. split genes) Viele Gene, die Proteine in höheren Organismen codieren, sind kein kontinuierlichen, sonder mosaikartige Sequenzen - bestehend auscodierten (exprimierten) DNA-Sequenzen (Exons) und eingestreuten langen, nichtcodierten Regionen (Introns), von denen man, zumindest anfangs, annahm, dass sie überhaupt keine Funktion haben. <ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

;Präformationstheorie: 
biologische Entwicklungstheorie, nach der jeder Organismus durch Entfaltung bereits in der Ei- oder Samenzelle vorgebildeter Teile entsteht. <ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

;Proteine: 
dreidimensionale Polymere, die aus zwanzig verschiedenen als Aminosäuren bezeichneten Monomeren aufgebaut sind.<ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

;Protein:
 Proteins are made from individual amino acids whose type and order are determined by the genetic code in the cellular DNA. Common examples are structural proteins, such as the keratin found in hair, and functional proteins, such as the enzymes involved with controlling the chemical reactions with in a cell. <ref>www.celera.com</ref>

;Protein Design: 
Unter Protein Design oder Protein Engineering versteht man die willkürliche Änderung einer Proteinsequenz mit gentechnischen Methoden. Man will damit :1. Hinweise auf den katalytischen Mechanismus eines Enzyms erhalten, 
:2. Bindungsstellen für Substrate oder Antigene gezielt modifizieren, oder :3. globale Eigenschaften eines Proteins (Temperatur-, pH-. Protease-Stabilität, Allergenität, Löslichkeit) verändern. Geht man dabei von einer bekannten Proteinstruktur aus und verändert gezielt einzelne Aminosäuren oder Sequenzabschnitte, so spricht man von rationalem Protein Design. Führt man dagegen einen zufallsgesteuerten Austausch von Aminosäuren durch und selektiert die „Treffer“ so spricht man von gerichteter Evolution. <ref>Schmid: „Taschenatlas der Biotechnologie und Gentechnik“; s.240</ref>

;Proteomics: 
Der Begriff „Proteom“ wurde 1995 vorgeschlagen und beschreibt die Gesamtheit der von einem Genom kodierten Proteine. Bei höheren Organismen geht man davon aus, dass von einem Gen bei der Transkription und aufgrund posttranslationaler Prozesse im Mittel 10 Proteine gebildet werden. Unter Proteomics versteht man Untersuchungen zur Expression, Funktion und Wechselwirkung von miteinander verschalteten Proteinen auf der Basis eines Genoms (functional genomics). <ref>ebenda; s.262</ref>

;Restriktionsenzym: Abbauenzym, das DNA erkennt und zerschneidet. <ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

;SOS-System: Reparatursystem, das die Präzision der DNA-Replikation zugunsten des Überlebens der Zelle  opfert. <ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

;Spleißosom: komplexe Struktur, die beim Spleißen (Verkleben) von RNA mit den Enden eines RNA-Introns in Wechselwirkung tritt; setzt ein Intron frei und verknüpft zwei benachbarte Extrons. <ref>ebenda</ref>

;Stoffwechsel: 
oder der Metabolismus (griechisch metawolismós - der Stoffwechsel mit lateinischer Endung) steht für die Aufnahme, den Transport und die chemische Umwandlung von Stoffen in einem Organismus sowie die Abgabe von Stoffwechselendprodukten an die Umgebung.

;Stoffwechsel:
 Obwohl sich die vielfältigen Formen des Lebens auf der Erde über einen langen Zeitraum von ca. 3 Mrd. Jahren entwickelt haben, beruht ihre Replikation, ihr Bau- und Energie-Stoffwechsel auf der Variation weniger Grundprinzipien. 
Die Zahl der beschriebenen Arten liegt bei 
>1 Million, der Enzyme aber nur bei einigen 1000 und selbst der Mensch kommt mit einigen 100 000 Protein-Varianten aus, von denen viele sogar eine hohe Sequenz- und Struktur-Homologie zu einfachen Eukaryoten wie saccharomyces cerevisiae aufweisen. Über ihren Stoffwechsel bilden alle Lebewesen auf der Erde ein labiles ökologisches Netzwerk, in dem es Spezialisten für fast jede erdenkliche Kombination von Umweltbedingungen gibt („ökologische Nischen“). Dabei unterscheidet man zwischen autotrophen (können Metabolite aus CO2 aufbauen) und heterotrophen Organismen (benötigen dafür eine organische C-Quelle). Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Fähigkeit, in einer O2-Atmosphäre (aerob, Gegensatz: anaerob) zu überleben. Trotz vieler Gemeinsamkeiten gibt es dabei auch zahlreiche Varianten, wie schon ein Blick auf die verschiedenen Möglichkeiten des Glucose-Abbaus über den Fructose-1,6-biphosphat-Pentosephosphat und 2-Keto-3-desoxy-6-phosphogluconat-Weg zeigt. Der neuerdings mögliche Vergleich ganzer Genome eröffnet dabei atemberaubende neue Einsichten in die Details der Bau- und Funktionspläne von Organismen, die an unterschiedliche Umweltbedingungen angepasst sind. Auch das Verständnis für die komplexen Regelvorgänge innerhalb einer Zelle, eines vielzelligen Organismus oder seiner Wechselwirkung mit der Umwelt (Systemdynamik, Biokybernetik) nimmt stürmisch zu und lässt sich immer besser in silicio modellieren. Bei biotechnologischen Aufgabenstellungen will man Stoffwechsel-Vorgänge meist beeinflussen, sei es zur Ausbeutesteigerung eines Produkts oder zur Eliminierung einer für die Züchtung oder die Produktion störenden Eigenschaft. Die traditionellen Methoden, Kreuzung und Zuchtwahl bzw. Mutation und Selektion, werden dabei nachhaltig durch die Möglichkeiten der Gentechnik ergänzt. <ref>Schmid: „Taschenatlas der Biotechnologie und Gentechnik“; s.266</ref>

;Viren: Viren sind keine vollständigen Lebewesen. Sie sind keine Zellen, sondern Partikel und zur Replikation auf eine Wirtszelle angewiesen. Dabei sind sie zu einem hohen Grad wirtsspezifisch. <ref>Vergl. Kleesattel : „Gentechnik“; S.28</ref>

;in vitro: 
in Reagenzglas durchgeführter Versuch usw. <ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

==Fussnoten==

<references />

== Quellen ==