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Name: Hendrik Flöter 09.02.2014
Laura Pfeffer, 2017-01

 

Gentransfer

Als Gentransfer bezeichnet man die Übertragung von Genen von einem Organismus auf einen anderen.

  • Beim vertikalen Gentransfer werden Gene, wie z. B. bei der Vertikalen Transmission das Erbgut eines Krankheitserregers, von einer Generation auf deren Nachfolgegeneration übertragen (durch Fortpflanzung).
  • Der horizontale oder laterale Gentransfer dagegen erfolgt zwischen zwei schon existierenden Organismen. Man unterscheidet zwischen dem Gentransfer bei Prokaryoten und dem bei Eukaryoten.

Bei Prokaryoten kommen in der Natur drei verschiedene Arten des Horizontalen Gentransfers vor: die Transduktion, die Konjugation und die Transformation.

I. Die Transduktion (mithilfe von Bakteriophagen):

a) Die Allgemeine oder Unspezifische Transduktion:

Während des lytischen Vermehrungszyklus von Viren (s.u.) wird zufällig DNA eines Bakteriums über Phagen an ein anderes weitergegeben. Dies ist möglich, da es vorkommen kann, dass in die Phagenhüllen außer der viralen DNA auch Bruchstücke der in der Latenzphase zerschnittenen bakteriellen DNA aufgenommen werden. Wenn diese Phagen nun ein anderes Bakterium befallen, kann dieses die DNA durch Rekombination in seine eigene integrieren.


b) Die Spezielle oder Spezifische Transduktion:

Bei dem Übergang eines Prophagen (in bakterielle DNA eingebaute virale DNA) vom lysogenen Zyklus (bzw. temperenten Zustand, in dem die virale DNA als Prophage vorliegt und nichts weitergeschieht, als dass sie mit der bakteriellen DNA dupliziert wird) in den lytischen Zyklus (bzw. viralen Zustand) kann es passieren, dass der Prophage nicht korrekt ausgeschnitten wird und deshalb benachbarte Abschnitte der bakteriellen DNA mit vermehrt und über die Phagen zu anderen Bakterien weitertransportiert werden. Ein Beispiel hierfür sind die Lambda-Bakteriophagen. Die Namensunterscheidung bezieht sich darauf, dass bei der Speziellen Transduktion die Phagen-DNA meistens an derselben Stelle in die des Bakteriums eingebaut wird, was dazu führt, dass auch immer dieselben Abschnitte aus dem Bakterien-Genom weitergegeben werden. (Da diese unterschiedlich groß sein können, kann man über die Häufigkeitsverteilung der Übertragung verschiedener bakterieller Gene Rückschlüsse auf deren Lage im Genom der Bakterien ziehen.) Bei der Allgemeinen Transduktion entscheidet über die Auswahl der DNA-Abschitte allein der Zufall.

spezifische Transduktion


II. Die Konjugation:

siehe Artikel: „Genetik: Bakterien und Konjugation“

III. Die Transformation:

siehe Artikel: „Genetik: Transformation (Avery)“

Bei Eukaryoten muss ein Gentransfer in aller Regel künstlich durchgeführt werden. Man bezeichnet diesen Vorgang auch als Transfektion und unterteilt ihn einmal in die stabile Transfektion (dauerhafte Aufnahme der neuen DNA in das Erbgut) und die transiente Transfektion (keine Aufnahme in das Erbgut) und seine Methoden in physikalische, chemische und biologische. Hier eine Liste der wichtigsten Beispiele:


Physikalisch:
• Mikroinjektion
• Elektroporation
• Partikelpistole
• Magnet Assisted Transfection
• Sonoporation


Chemisch:
• Calciumphosphat-Präzipitation
• Lipofektion
• DEAE-Dextran
• Kationische Polymere/Dendrime
• Nanopartikel


Biologisch:
• Viren/Retroviren
• Agrobacterium
• Transferinfektion


Mithilfe dieser Methoden kommt es beispielsweise zur Entstehung von transgenen Tieren und Pflanzen. Auch bei Menschen kommen sie zum Einsatz. In Deutschland ist allerdings nur die somatische Gentherapie erlaubt, im Gegensatz zur Keimbahntherapie, bei der das Erbgut von Keimzellen beeinflusst wird. Es gibt auch menschliche Zellen, auf die stabil prokaryotische DNA transferiert wurde.


Lytischer Zylus:

Um sich zu vermehren, müssen Viren einen Wirt benutzen, da sie keinen Stoffwechsel betreiben. Aufgrund des universellen genetischen Codes können Viren mit Bakterien interagieren. Der Vorgang ist in verschiedene Phasen unterteilt: Zunächst lagern sich bei der Adsorption die Viren in Form von Phagen an der Oberfläche von Bakterien an. Während der Injektion wird die virulente DNA in die Wirtszelle injiziert. Darauf folgt die Latenzphase, in welcher die injizierten Gene das Genom des Bakteriums übernehmen. In der Produktionsphase werden Genprodukte zur Herstellung von neuen Phagen gebildet, die sich dann in der Reifephase zusammensetzen. Schließlich erfolgt die Freisetzung. Die fertiggestellten Viren kommen mithilfe des Enzyms Lysozym frei, welches die bakterielle Zellwand auflöst. Der lytische Zyklus resultiert immer in der Auflösung der Wirtszelle. Danach können die Phagen die virulente DNA an die nächste Bakterie abgeben. Der lytische Zyklus dauert etwa 30 Minuten. Wenn der Phage keine Nahrung mehr hat, wechselt er in den lysogenen Zyklus. Dabei wird ein Prophage in der Wirtszelle gebildet und später bei der Zellteilung werden die Phagengene mit den Bakteriengenen verdoppelt an die Tochterzellen weitergegeben.

 

Transduktion und Gentransfer durch Viren

Die Transduktion ist der Gentransfer zwischen Bakterien und Viren. Neben der Transformation und der Konjugation ist die Transduktion eine von drei Möglichkeiten für den natürlichen Gentransfer bei Prokaryoten. In den meisten Fällen werden virale Gene übertragen.


Genübertragung bei Viren

Um sich zu vermehren, müssen Viren einen Wirt benutzen, da sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen. Aufgrund des universellen genetischen Codes können Viren mit Bakterien interagieren. Der Vorgang ist in verschiedene Phasen unterteilt. Zunächst lagern sich bei der Adsorption die Viren in Form von Phagen an der Oberfläche von Bakterien an. Während der Injektion wird die virulente DNA in die Wirtszelle injiziert. Darauf folgt die Latenzphase, in welcher die injizierten Gene das Bakterium übernehmen. In der Produktionsphase werden Genprodukte zur Herstellung von neuen Phagen gebildet, die sich dann in der Reifephase zusammensetzen. Schließlich erfolgt die Freisetzung.

Die fertiggestellten Viren kommen mithilfe des Enzyms Lysozym frei, welches die bakterielle Zellwand auflöst, frei. Dieser Vermehrungszyklus wir lytischer Zyklus gennant. Er resultiert immer in der Auflösung der Wirtszelle. Danach können Phagen die virulente DNA unabsichtlich an die nächste Bakterie abgeben. Der lytische Zyklus kann etwa 30 Minuten dauern. Wenn die Phage keine Nahrung mehr hat, wechselt sie in den lysogenen Zyklus. Dabei wird eine neue Prophage in der Wirtszelle gebildet und dann bei der Zellteilung die Phagengene mit den Bakteriengenen verdoppelt an die Tochterzellen weitergegeben.

Transduktion

Quelle Bild: Public domain by Wikicommonsuser Geni; http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transduction_genetics.en.svg

 

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