Gentechnik/Biotechnik
Vorlesung im WS 2010/2011
Prof. Theo Dingermann
Institut für Pharmazeutische Biologie Goethe-Universität Frankfurt/Main
Dingermann@em.uni-frankfurt.de
Rekombinante Wirkstoffe
Thomas Hunt Morgan, der „Entdecker“ der
Gene
1910 gelang es dem amerikanischen Biologen Thomas Hunt Morgen durch Vererbungsversuche mit der
Taufliege Drosophila melanogaster zu zeigen, dass Gene, ähnlich wie eine Perlenkette, auf den
Chromosomen aufgereiht sind.
Thomas Hunt Morgan, 1866 – 1945
+/vg b/vg
+/+ +/b
+
b
vg
1. Mendel‘sche Regel (Uniformitätsgesetz)
Nachkommen homozygoter Eltern haben denselben Phänotyp
2. Mendel‘sche Regel (Spaltungsgesetz)
Segregation dominanter und rezessiver Merkmale in F2 im Verhältnis 3:1
3. Mendel‘sche Regel
Unabhängige Segregation zweier dominanter und rezessiver Merkmale in F2 im Verhältnis 9:3:3:1
Thomas Hunt Morgan, 1866 – 1945
Erbsen
Rund und grün
Die 3. Mendel‘sche Regel
R/R G/G
Runzelig und gelb r/r g/g
Phenotyp R/r G/g Genotyp
Doppel heterozygote Organismen
Test Kreuzung
R/r G/g r/r g/g
1 1 1 1
3. Mendel‘sche Regel
Unabhängige Segregation zweier dominanter und rezessiver Merkmale
r/g
R/G r/g rr/gg rR/gG
R/g r/G
RR/gg rr/gG
Die 3. Mendel‘sche Regel
R/r G/g
selfen
R/G
R/G r/g r/g
Rr/gG rR/gG rr/gg RR/GG
R/g r/G
R/g r/G
RR/gG rR/GG
Rr/gg rr/Gg
RR/Gg rR/gg RR/gg
rR/Gg
Rr/GG rr/gG Rr/gG
rr/GG 1
3
3
9
Die 3. Mendel‘sche Regel
Test Kreuzung
R/r G/g r/r g/g
1 1 1 1
r/g
R/G r/g rr/gg rR/gG
R/g r/G RR/gg rr/gG Die 3. Mendel‘sche Regel
elterliche Phenotypen
nicht elterliche Phenotypen
R r
G g
A R r
G g
B
R/G
1/4 1/4 r/g
1/4 R/g
1/4 r/G
B A
1/2 1/2 0 0
R/r G/g
Elterliche Phenotypen
Nicht elterliche Phenotypen
Die 3. Mendel‘sche Regel
1910 gelang es dem amerikanischen Biologen Thomas Hunt Morgen durch Vererbungsversuche mit der
Taufliege Drosophila melanogaster zu zeigen, dass Gene, ähnlich wie eine Perlenkette, auf den
Chromosomen aufgereiht sind.
Thomas Hunt Morgan, 1866 – 1945
+/vg b/vg
+/+ +/b
+
b
vg
F
1+/b +/vg
Thomas Hunt Morgan, 1866 – 1945
+/+ +/+ b/b vg/vg
vg/vg +/+ vg/vg b/b +/+ +/+ +/+ b/b
+
b
vg
F
1+/b +/vg
Thomas Hunt Morgan, 1866 – 1945
+/+ +/+ b/b vg/vg
vg/vg +/+ vg/vg b/b +/+ +/+ +/+ b/b
+
b
vg
+ b
+ vg
A + b
+ vg
B
+/+
1/4 1/4 b/vg
1/4 +/b
1/4 vg/+
B A
1/2 1/2 0 0
+/b +/vg
Elterliche Phenotypen
Nicht elterliche Phenotypen
Test Kreuzung
1 1 1 1
b/vg
+/+ b/vg bb/vgvg b+/vg+
+/vg +/b ++/vgvg bb/vg+
+/b +/vg b/b vg/vg
elterliche Phenotypen
nicht elterliche Phenotypen
965 944 206 185 206 + 185
965 + 944 + 206 +185 = 17 %
Prozentsatz nicht elterliche
Phenotypen
1 1 0 0
Frederic Griffith, und sein
„transformierendes Prinzip“
Als Angestellter im britischen Gesundheitsministerium, forschte er unter sehr primitiven Bedingungen höchst kreativ.
Frederick Griffith, 1877 – 1941
mit rauer Oberfläche wachsende S. pneumoniae
mit glatter Oberfläche wachsende S. pneumoniae Was verursacht eine Lungenentzündung?
Streptococcus pneumoniae
Frederick Griffith, 1877 – 1941
Das „transformierende Prinzip“ (1928)
Frederick Griffith, 1877 – 1941
Das „transformierende Prinzip“ (1928)
Frederick Griffith, 1877 – 1941
Das „transformierende Prinzip“ (1928)
Frederick Griffith, 1877 – 1941
Das „transformierende Prinzip“ (1928)
Oswald T. Avery, 1877 – 1955
Die Wiederentdeckung der Griffith-Entdeckung (1944)
Erwin Chargaff, der unlucky looser
Chargaff entdeckte die Basen Adenin und Guanin sowie Thymin und Cytosin in der DNA und stellte die so genannten Chargaff’schen Regeln auf.
Erwin Chargaff, 1905 – 2002
%C = %G
%A = %T
Erwin Chargaff, 1905 – 2002
5'-ATGCCAGG-3' 3'-TACGGTCC-5'
Anzahl Basen:
A: 3 T: 3 C: 5 G: 5
10
16 = 62,5%
"GC-Gehalt" ist organismusspezifisch G+C
A+T+G+C [%]
Erwin Chargaff, 1905 – 2002
Gattung GC-Gehalt
Streptomyces coelicolor 72 % Mycococcus xanthus 68 % Halobacterium sp. 67 %
Homo sapiens 40 %
Saccharomyces cerevisiae 38 % Arabidopsis thaliana 36 % Methanosphaera stadtmanae 27 % Plasmodium falciparum 20 %
Erwin Chargaff, 1905 – 2002
Chargaff über Watson & Crick:
“That such pygmies should cast such giant shadows only shows how late in the day it is”
Chargaff hatte alles, um das Geheimnis der DNA zu lüften:
Aber: Der entscheidende Geistesblitz kam ihm nicht!
Der geniale Coup
Was Chargaff und Pauling nicht schafften, hatte Watson und Crick am 28. Februar 1953 geschafft.
Francis Crick, 1916 – 2004 James Watson, 1928
"It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material."
George Emil Palade, der Entdecker der
Ribosomen
Schwerpunkt der Arbeiten von Palade waren elektronenmikroskopische Untersuchungen von
Zellstrukturen wie Mitochondrien, Chloroplasten und dem Golgi-Apparat.
1953 lieferte er die erste Beschreibung der Ribosomen.
1974 erhielt er gemeinsam mit Albert Claude und Christian de Duve den Medizinnobelpreis „für ihre Entdeckungen zur strukturellen und funktionellen Organisation der Zelle“.
George Emil Palade , 1912 – 2008
Arthur Kornberg, der erste, der DNA
synthetisierte
Zusammen mit Severo Ochoa erhielt er 1959 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin „für die Entdeckung des Mechanismus in der biologischen Synthese der Ribonukleinsäure und der
Desoxyribonukleinsäure“
Arthur Kornberg, 1918 – 2007
Kornberg isolierte 1956 erstmals das Enzym DNA-Polymerase I aus dem Bakterium Escherichia coli. Dieses Enzym wurde auch “Kornberg-
Polymerase” genannt.
1967 synthetisierte Kornberg als erster ein infektiöses Virus in vitro – das ca. 5.000 Bp lange ϕX174 Virus.
Der intelligente experimentelle Beweis des
Replikationsmechanismus
1958
b c
Matthew Meselson, 1930 Franklin W. Stahl, 1929
a
1958 Matthew Meselson, 1930
Franklin W. Stahl, 1929
Jacques Monod und François Jacob
zeigten erstmals die Existenz der mRNA
Die beiden Franzosen Jacques Monod und François Jacob reichten 1960 beim Journal of Molecular Biology eine Arbeit ein, in der sie bewiesen, dass eine Boten- RNA (mRNA) existiert, die ein Zwischenglied der in der DNA gespeicherten genetischen Information einerseits und der in Form der Proteine realisierten Information andererseits besteht.
François Jacob, 1920
Jacques Monod,1910 – 1976
Sie entwickelten ein Modell (Operon-Modell) für das Zusammenwirken von Regulatorgenen, Operatoren, Promotoren, Strukturgenen und allosterischen
Proteinen, den Repressoren, bei der Synthese von messenger-RNA.
François Jacob, 1920
Jacques Monod,1910 – 1976
François Jacob, 1920
Jacques Monod,1910 – 1976
François Jacob, 1920
Jacques Monod,1910 – 1976
François Jacob, 1920
Jacques Monod,1910 – 1976
François Jacob, 1920
Jacques Monod,1910 – 1976
Marshall Warren Nirenberg: Der erste
Buchstabe des genetischen Codes
Heinrich Matthaei und Marshall Warren Nierenberg
planten gemeinsam das wohl bedeutendste Experiment der Genetik. Das sogenannte “Poly-U-Experiment” war der Schlüssel zur Entzifferung des genetischen Codes.
Es wurde von Heinrich Matthaei allein im Mai 1961 im gemeinsamen Labor durchgeführt.
Nirenberg erhielt 1968 zusammen mit Har Gobind Khorana und Robert W. Holley den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.
