Molekularbiologie at Technische Hochschule Mittelhessen

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Modellorganismus Caenorhabditis elegans

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Welche Möglichkeiten der direkten Selektion des gesuchten Klons gibt es?

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Modellorganismus S. cerevisiae

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Was sind "Modellorganismen"?

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Modellorganismus E. coli

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Erkenntnisse Drosophila melanogaster (Embryogenese)

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Was war nochmal Chromatin?

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Modellorganismus Mus musculus

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Modellorganismus Arabidopsis thaliana

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Was zeichnet Modellorganismen aus?

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Modellorganismus Drosophila melanogaster

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Was ist eine Genbibliothek? Vor- und Nachteile

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Molekularbiologie

Modellorganismus Caenorhabditis elegans

Eigenschaftenvon C. elegans
•Häufig untersuchter Modellorganismus
•Generationszyklus nur wenige Tage
•Kann eingefroren im Zustand verminderter Aktivität überleben
•Einfacher Körperbau
•Entwicklung mit einer ungewöhnlichen Genauigkeit -> besitzt genau definierte Anzahl an Körperzellen
•Hermaphrodit: 959 somatische Zellkerne
•zusätzlich rein männlicheTiere


Gewonnene Erkenntnisse durch C. elegans
•Genauer Überblick über Ablauf der Ontogenese
•70 % der menschlichen Proteine finden sich auch im Fadenwurm
-Wichtiger Modellorganismus für Vorgänge, die auch im menschlichen Körper stattfinden
-Untersuchungen zum Verständnis von Apoptose und Zelltod
-Entwicklungsbiologie und Krebsforschung
-Furchungsteilung

Molekularbiologie

Welche Möglichkeiten der direkten Selektion des gesuchten Klons gibt es?

Direkte Selektion des gesuchten Klons
a) 2 Resistenzgene im Plasmid vorhanden Tetrazyklin-Resistenz geht bei erfolgreicher Klonierung verloren, wenn gesuchtes Gen in das Gen hineinligiert wird. (Negativ-Selektion, Stempeltechnik zur Identifikation des Klons nötig)

-> Direkte Selektion des gesuchten Klons
Stempeltechnik: Mit einem sterilen Samtstempel kann das Muster der Kolonienanordnung in der Petrischale auf weitere Schalen übertragen werden.


b) Marker Rescue erweitert die Anwendungmöglichkeiten der direkten Selektion
• Empfänger-Organismus = Mangelmutante, die Defizienz besitzt (Auxotrophie).
• „Hilfsgen“ wird mit dem zu klonierenden Gen
transformiert.
• Selektivnährboden notwendig -> Der im Nährmedium fehlende Stoff ist durch übertragenes Gen komplementierbar (komplementieren = ergänzen).
• ->Neg-Transformanten bzw. nicht transformierte
Organismen bleiben auxotroph -> kein Wachstum
möglich -> nur erfolgreich transformierte Individuen
können Klone bilden.

Molekularbiologie

Modellorganismus S. cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae
Sproßhefe
–Beliebtester Modellorgansimus für eine einfache Eukaryotenzelle
–Menschliche Zellen vielfach zu komplex, um eukaryotische Eigenschaften zu untersuchen
–Konzentration auf eine Spezies vermittelt Gesamtbild

- Untersuchungsobjekt für genet. Analysen interessant: haploid u. diploid unbegrenzt teilbar


Eigenschaften:
•Kleiner, einzelliger Pilz, wenig DNA (~2,5 x soviel wie E. coli) für eukaryotische Zelle
–einfache Kultivierung
–widerstandsfähig
–schnelle Vermehrung bei ausreichend Nahrung 1 x pro 20-30 min
–vegetative und geschlechtliche Vermehrung

Molekularbiologie

Was sind "Modellorganismen"?

- Lebewesen, die für eine Gruppe von Organismen beispielhaft sind

- sie dienen der Erforschung mindestens dieser Gruppe, Erkenntnisgewinn für alle Lebensbereiche

Molekularbiologie

Modellorganismus E. coli

Lebensvorgänge der Prokaryoten
Arbeitsweise auf molekularer Ebene am besten entschlüsselt
–Replikation der DNA
–Entschlüsselung des genet. Codes, 1997 in Science
Stamm K12 Unterstamm 1655
–Übertragung der Erkenntnisse auf andere Organismen möglich
–ABER: Unterschiede Bacteria -Eukarya

Molekularbiologie

Erkenntnisse Drosophila melanogaster (Embryogenese)

Embryogenese
Der Embryo ist frühzeitig in klar definierte Segmente eingeteilt,
aus denen die Körperteile entstehen.
Wie entsteht diese Segmentierung?
-> Maternaleffektgene (Eipolaritätsgene)
-Finden bereits in der unbefruchteten Eizelle statt.
-Gene von der Mutter
-Bestimmen die Orientierung der Eizelle
•Anterior-posteriore Achse
•Dorsoventrale Achse
–Einteilung in grobe Bereiche: Caput, Thorax und Abdomen
–Aktivierung der Gap-Gene


Homöotische Gene (hierzu gehören Hox-Gene, regulatorische Gene, hochkonserviert, Genprodukte steuern die Aktivierung zusammenhängender Gene, die für die Individualentwicklung zuständig sind)
• Bildung von Körperanhängen (Antennen, Beine, Flügel) an den für sie vorgesehenen Segmenten
Mutationen bewirken Ausbildung von Körperanhängen am falschen Segment


Hierarchie der Genaktivierung
Maternaleffektgene (Eipolaritätsgene)

Gap-Gene

Paarregel-GeneSegmentierung

Segmentpolaritätsgene

Homöotische Gene

Andere Gene


Molekularbiologie

Was war nochmal Chromatin?

Chromosomen bestehen aus Chromatin
• DNA ist auf besondere, hochkonservierte Proteine (die Histone!) gewickelt zu Nukleosomen verpackt. (147bp/Histonkomplex, dazwischen ca. 50-60 bp Linker-DNA)
• Histone verhindern das Ablesen der DNA, wenn die DNA fest gebunden ist.

Molekularbiologie

Modellorganismus Mus musculus

•Am weitesten verbreitetes Labortier
•Geringer Platzbedarf
•Kurze Tragzeit: 3 Wochen
•Lebensdauer: 1-3 Jahre
•Nach 4 Wochen fortpflanzungsfähig
•Genom ca. 14 % kleiner als Humangenom
•Untersuchungen zur Zellbiologie, Immunologie, Entwicklungsbiologie

Molekularbiologie

Modellorganismus Arabidopsis thaliana

Arabidopsis thaliana L. = Ackerschmalwand
Familie: Brassicaceae(=Kreuzblütler)


•hoher Verwandtschaftsgrad zwischen allen Pflanzen -> ein Modellorganismus für alle Pflanzen
•Genom 125 mio bp
•Generationszeit: 5-6 Wochen, anspruchslos,kleiner Wuchs
•~ 100.000 Samen/Pflanze
•Selbstfertilität (Selbstbefruchtung)


Erkenntnisse, gewonnen an A. thaliana:
-Vollständige Sequenzierung des Genoms
(1996 –2000 inkl. Chloroplasten-und Mitochondrien-Genom)

Entdeckung der Gene für:

- Pflanzliche Embryonalentwicklung

-Kontrolle der Blütenbildung

-Biosynthese

-Wirkung von Pflanzenhormonen

Molekularbiologie

Was zeichnet Modellorganismen aus?

-(Einfache) standardisierbare Kultivierungs/Untersuchungsbedingungen
-(Einfache) genetische Manipulationsmöglichkeiten


->In vielfältiger Hinsicht sehr gut dokumentiert. Je mehr über eine Art bekannt ist/wird, umso attraktiver wird sie für weitere Untersuchungen

Molekularbiologie

Modellorganismus Drosophila melanogaster

Taufliege

-Entwicklung in 9-14 Tagen vom befruchteten Ei zur adulten Fliege 

-Aufzucht vieler (~400) Nachkommen, billig und einfach in der Haltung


Erkenntnisse in der klassischen Genetik:
-> Gene liegen als Erbeinheiten auf den Chromosomen u.v.m.
Erkenntnisse der modernen Genetik:
-> Studien zur Aufklärung der Embryonal-und Larven-Entwicklung
-> Schlüssel zum Verständnis der frühen Ontogenese (Embryonalentwicklung) von Tieren
-> Auch Mensch


Forschungen an D. melanogasterlieferten die Erkenntnis, wie die genetische Information der DNA mit der Ausbildung der Körperstruktur/-achsen zusammenhängt.


Systematik:
Familie: Drosophilidae(Taufliegen)
Art: Schwarzbäuchige Taufliege

Molekularbiologie

Was ist eine Genbibliothek? Vor- und Nachteile

Genbibliothek, auch Genbank genannt
Genomische Biobliothek – Sammlung von Klonen, deren Zahl so groß ist, dass in ihnen wahrscheinlich jedes Gen eines bestimmten Organismus vorhanden ist.
Erstellung mithilfe der „Schrotschuss“-Klonierung


Vor-/Nachteile:

+ Lagerung und Speicherung von Genomen
− Sehr viele Gene, unübersichtlich
− Auch nicht codierende Sequenzen (Introns, repetitive
Sequenzen, Centromere, Telomere etc.)
− Große Herausforderung, den gesuchten Klon zu finden

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