Gentechnik und CRISPR/Cas9 Methoden
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Questions and Answers

Welche Eigenschaft ist nicht zutreffend für Escherichia coli als Klonierungswirt?

  • Escherichia coli ist gut untersucht.
  • Escherichia coli ist ein gram-positives Bakterium. (correct)
  • Escherichia coli zeigt viele genetische Stämme.
  • Escherichia coli kann potenziell pathogen sein.

    • Welches ist ein Nachteil von Bacillus subtilis als Klonierungswirt?

  • Bacillus subtilis hat eine gut entwickelte Genetik.
  • Bacillus subtilis kann keine Endosporen bilden.
  • Bacillus subtilis ist pathogen.
  • Bacillus subtilis zeigt genetische Instabilität. (correct)

    • Was beschreibt den Ligationsschritt im Klonierungsprozess am besten?

  • Das Einfügen eines Plasmids in das Wirtsgenom.
  • Das Entfernen von DNA-Fragmenten aus Bakterien.
  • Das Teilen der DNA in kleinere Fragmente.
  • Das Einfügen eines DNA-Fragments in ein Plasmid. (correct)

    • Welche Aussage zu den Klonierungswirt-Eigenschaften trifft zu?

    <p>E. coli ist am besten untersuchtes Prokaryot.</p> Signup and view all the answers

    Warum sind Plasmidringe notwendig im Klonierungsprozess?

    <p>Weil lineare DNA von Bakterien schnell abgebaut wird.</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht während der Transduktion in Bakterien?

    <p>Bakterien-DNA wird durch einen Bakteriophagen übertragen.</p> Signup and view all the answers

    Was passiert im lysogenen Zyklus eines Bakteriophagen?

    <p>Das Genom des Bakteriophagen wird in das Genom der Bakterienzelle integriert.</p> Signup and view all the answers

    Welche Rolle spielt der Fertilitätsfaktor in der Konjugation?

    <p>Er ist entscheidend für die Fähigkeit einer Zelle, DNA zu empfangen.</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht während der Induktion im lysogenen Zyklus?

    <p>Der Prophag wird aktiviert und schneidet sich aus dem Genom heraus.</p> Signup and view all the answers

    Was ist charakteristisch für das F-Plasmid in einer Bakterienzelle?

    <p>Es kann zusätzliche Gene enthalten und beeinflusst die Fertilität.</p> Signup and view all the answers

    Welcher Schritt beschreibt den Hauptzweck der Gelelektrophorese in der PCR-Reaktion?

    <p>Trennung der DNA Fragmente nach Größe</p> Signup and view all the answers

    Was passiert mit der DNA in der PCR-Reaktion nach dem dritten Zyklus?

    <p>Das PCR Amplikat enthält nun die Restriktionsschnittstelle</p> Signup and view all the answers

    Welches Material wird in der Gelelektrophorese verwendet, um die DNA Fragmente zu visualisieren?

    <p>Agarose</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die DNA in der Gelelektrophorese bewegt?

    <p>Durch ein elektrisches Feld</p> Signup and view all the answers

    Zu welchem Zeitpunkt sind die PCR Fragmenten in der gewünschten Zielstruktur nachweisbar?

    <p>Nach dem dritten Zyklus</p> Signup and view all the answers

    Was bewirkt der Puffer in der Gelelektrophorese?

    <p>Er leitet den Strom durch das Gel</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine notwendige Bedingung beim Klonieren mit PCR?

    <p>Es müssen kompatible Enden vorhanden sein</p> Signup and view all the answers

    Warum bewegen sich größere DNA Fragmente langsamer in der Gelelektrophorese?

    <p>Sie sind schwerer und werden durch das Gel stärker zurückgehalten</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Definition der Gentechnik am besten?

    <p>Die gezielte Veränderung der genetischen Eigenschaften von Organismen durch moderne Technologien.</p> Signup and view all the answers

    Welches Verfahren gehört nicht zu den Bereichen der Gentechnik?

    <p>Extrakorporale Befruchtung</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage trifft auf die CRISPR/Cas9 Technologie zu?

    <p>Sie ermöglicht gezieltes Genom Editing bei Eukaryoten.</p> Signup and view all the answers

    Welcher der folgenden Schritte ist Teil des Genome Editing Prozesses?

    <p>Ziel DNA wird durch Guide RNA lokalisiert.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt den Unterschied zwischen klassischer Züchtung und Gentechnik?

    <p>Klassische Züchtung verändert Gene, Gentechnik verändert die Erbinformation gezielt.</p> Signup and view all the answers

    Was sind mögliche Konsequenzen des Einsatzes von CRISPR/Cas9?

    <p>Kontrollierte Änderungen im Genom eines Organismus.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die erworbene Immunität von Bakterien gegenüber Viren?

    <p>Bakterien verwenden CRISPR/Cas-Systeme zur Infektionsabwehr.</p> Signup and view all the answers

    Welche Einschränkung existiert im Gentechnikgesetz von 2018 bezüglich Genome Editing?

    <p>Eingriffe in die Keimbahn sind verboten.</p> Signup and view all the answers

    Welches Restriktionsenzym schneidet an einer zufälligen Stelle weit von der Erkennungsfrequenz entfernt?

    <p>Typ I</p> Signup and view all the answers

    Welche Eigenschaft beschreibt die palindromischen Sequenzen der Restriktionsenzyme vom Typ II?

    <p>Sie lesen sich gleich in umgekehrter Reihenfolge.</p> Signup and view all the answers

    Welcher Mechanismus schützt die DNA von Bakterien vor der Spaltung durch eigene Restriktionsenzyme?

    <p>DNA-Methylierung</p> Signup and view all the answers

    Was kennzeichnet Isochizomere unter Restriktionsenzymen?

    <p>Sie erkennen identische Erkennungssequenzen.</p> Signup and view all the answers

    Welche Art von Enden entsteht bei ungleichmäßigen palindromischen Sequenzen nach dem Schnitt durch ein Restriktionsenzym?

    <p>Klebrige Enden</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Funktion der Ligasen in der Gentechnologie?

    <p>Sie verbinden DNA-Stücke.</p> Signup and view all the answers

    Was ist nicht eine Eigenschaft von Saccharomyces cerevisiae?

    <p>Sie ist ein Prokaryot.</p> Signup and view all the answers

    Was ist das Hauptziel von Restriktionsenzymen in Bakterien?

    <p>Schutz vor Bakteriophagen.</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht, wenn die DNA in Bakterien nach dem Klonieren nicht linearisiert wird?

    <p>Sie kann nicht vermehrt werden.</p> Signup and view all the answers

    Welche Eigenschaft müssen Bakterien aufweisen, um DNA durch Transformation aufnehmen zu können?

    <p>Sie müssen chemisch kompetent sein.</p> Signup and view all the answers

    Welches Ergebnis zeigt das Experiment von Griffith mit den R- und S-Zellen?

    <p>Die Kombination aus toten S-Zellen und lebenden R-Zellen führt zur Transformation.</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht mit dem Repressor des Lac-Operons, wenn Laktose vorhanden ist?

    <p>Der Repressor wird deaktiviert und löst sich vom Operator.</p> Signup and view all the answers

    Welche Rolle spielt β-Galactosidase im Zusammenhang mit dem Lac-Operon?

    <p>Es spaltet Lactose in Glucose und Galactose.</p> Signup and view all the answers

    Was passiert normalerweise, wenn kein Allolactose vorhanden ist?

    <p>Der Repressor bleibt an den Operator gebunden.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen trifft auf die Blau-Weiß-Selektion zu?

    <p>Blau gefärbte Kolonien haben kein Insert.</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Funktion des lacY Gens im Lac-Operon?

    <p>Es kodiert für eine Permease zur Aufnahme von Lactose.</p> Signup and view all the answers

    Welche Schritte sind erforderlich, um kompetente E. coli für Transformation vorzubereiten?

    <p>Inkubation auf Eis für 30 Minuten nach DNA-Zugabe.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Zweck des Promotors im Lac-Operon?

    <p>Er fördert die Expression der strukturellen Gene.</p> Signup and view all the answers

    Welche Bedingungen sind notwendig, damit die blaue Färbung bei der Blau-Weiß-Selektion auftritt?

    <p>Das lacZ-Gen muss intakt sein.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Gentechnik

    • Anwendung moderner molekularbiologischer Methoden zur Änderung genetischer Eigenschaften von Organismen.
    • "Rekombinante DNA-Technologie" ermöglicht gezielte Änderung, Rekombination oder Neukombination von Erbinformation.

    Bereiche der Gentechnik

    • Herstellung von Proteinen (z.B. Antikörper) für medizinische und technische Anwendungen.
    • Herstellung von transgenen Pflanzen und Tieren (z.B. veränderte Sojaprodukte).
    • Gendiagnostik.
    • Somatische Gentherapie.
    • CRISPR/Cas9 (seit 2018): gezielte Veränderung des Genoms in Tier und Mensch.

    CRISPR/Cas

    • Virus-DNA wird in Bakterienzellen zerschnitten und in spezielle Bereiche des Bakteriengenoms integriert.
    • Bei erneuter Infektion erkennen Bakterien das Virus und produzieren pre-cRNA.
    • pre-cRNA wird zu kurzen RNA-Stücken zerschnitten, welche Informationen zu viraler DNA und Wiederholungssequenzen enthalten.
    • Wenn virale DNA erneut in die Zelle eindringt, wird sie durch das komplementäre Stück der cRNA erkannt und zerschnitten.
    • Bakterien verwenden diesen Mechanismus für erworbene Immunität, und Menschen nutzen ihn für gezieltes Genom-Editing.

    Genome Editing

    • Eingriffe in die Keimbahn sind seit 2018 verboten.
    • Einsatzbereich: Behandlung von Krankheiten, die sich auf somatische Zellen beschränken.
    • Synthese einer Guide-RNA, die das Ziel-Genom findet und CRISPR/Cas9 zum Schneiden der DNA an der Zielstelle verwendet.

    Mikroorganismen

    • Ideale Modelle zur Forschung in der Molekularbiologie: klein, schnelle Vermehrung, leicht manipulierbares Genom, leicht kultivierbar.

    Klonieren

    • Klon: genetisch identische Kopie einer Zelle oder eines Organismus.
    • Ligation: Einfügen von DNA-Fragmenten in ein Plasmid.
    • Einschleusen in die Wirtszelle: Einführen des modifizierten Plasmids in eine Wirtszelle.
    • Selektion: Isolierung der Zellen, die das Plasmid aufgenommen haben.

    Klonungswirte

    • Escherichia coli (Prokaryot), gram-negativ: gut untersuchte Genetik, viele Stämme. Nachteile: potentiell pathogen, Periplasma.
    • Bacillus subtilis (Prokaryot), gram-positiv: leicht transformierbar, nicht pathogen, erleichterte Kultivierung, Nachteile: genetisch weniger stabil.
    • Saccharomyces cerevisiae (Hefe, Eukaryot): gut entwickelte Genetik, nicht pathogen, leicht zu kultivieren. Nachteile: Plasmide weniger stabil.

    Werkzeuge der Gentechnologie

    • Spender-DNA: DNA-Sequenz, die kloniert werden soll
    • Vektor-/Plasmid-DNA: Transportmittel für DNA-Fragmente
    • Restriktionsenzyme: schneiden DNA an bestimmten Stellen
    • DNA-Ligasen: verbinden DNA-Fragmente
    • DNA-Transfermethoden: Einführen der DNA in Wirtszellen

    Restriktionsenzyme

    • Erkennen spezifische DNA-Sequenzen (Erkennungsfrequenz).
    • Schneiden DNA an diesen Stellen.
    • Typ I, II und III: unterscheiden sich in der Position zum Erkennungsort, Notwendigkeit von ATP bei den Typen I und III.
    • Palindromische Sequenzen: Sequenzen, die identisch in beide Richtungen gelesen werden.

    PCR (Polymerase-Kettenreaktion)

    • Verfahren zur Vervielfältigung spezifischer DNA-Sequenzen "in vitro".
    • Benötigte Bestandteile: DNA-Template, Primer, DNA-Polymerase, Desoxynukleotide (dNTPs), Pufferlösung.
    • Schritte: Denaturierung, Hybridisierung, Polymerisierung.
    • Nachweis und Effizienz: Gelelektrophorese zur Bestimmung der Größe der PCR-Produkte.

    PCR-Fragmente

    • Nach drei PCR-Zyklen linearer und identischer Amplifikation.
    • Gelelektrophorese erlaubt Bestimmung der Größe und Effizienz der PCR Produkt-Amplifikation.
    • PCR-Fragmente müssen passende Enden für den Einbau in einen Vektor/Plasmid haben.

    Plasmide

    • Kleine, ringförmige DNA-Moleküle, die in Bakterien vorkommen.
    • Können unabhängig von der Haupt-DNA replizieren.
    • Häufig enthalten Resistenzgene.
    • Können in der Gentechnik als Vektoren verwendet werden.
    • Können für die Herstellung eines rekombinierten Vektors verwendet werden.
    • Aufbau eines typischen F-Plasmids, mit zentralen Tra Region, OriT sowie Gene der Replikation.

    Klonierungsplasmide

    • Enthalten eine Origin of Replication (Ort der Replikation des Plasmids).
    • Selektionsmarker (z.B. Antibiotikaresistenz) erleichtern die Auswahl der transformierten Zellen.
    • Multiple Cloning Site (MCS): enthält viele Restriktionsschnittstellen.

    Genetischer Austausch in Prokaryoten

    • Transformation: Aufnahme von freier DNA durch die Bakterienzelle.
    • Transduktion: Übertragung von DNA durch Viren (Bakteriophagen).
    • Konjugation: Übertragung von DNA zwischen zwei Bakterienzellen über Plasmabrücken; wichtig bei der Übertragung von Fertilitätsfaktoren.

    Transformation

    • Einbringen von fremder DNA in eine kompetente Zelle.
    • Chemische oder physikalische Methoden (z.B. Elektroporation) können Zellen kompetent machen.
    • Kompetenz: Fähigkeit einer Zelle, fremde DNA aufzunehmen.
    • Griffiths-Experiment: Demonstration der Transformation mit Pneumokokken.

    Weitere Methoden

    • PCR
    • Plasmidtypen
    • Aufbau eines F-Plasmids
    • Genetischer Austausch in der Zusammenfassung

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