Rekombinante Wirkstoffe

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Gentechnik/Biotechnik

Vorlesung im WS 2010/2011

Rekombinante Wirkstoffe

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Empfohlene Literatur

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Die geniale Entdeckung und der Beginn der

biologischen Revolution

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1953 entdeckten der Brite Francis Crick und US-Amerikaner James Watson, damals

Wissenschaftler am Cavendish Laboratory in Cambridge, die Doppelhelix-Struktur der

Desoxyribonukleinsäure (DNS bzw. DNA).

Die Revolution

in den Biowissenschaften

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Die Revolution

in den Biowissenschaften

Sie wussten die Erkenntnisse zu nutzen, die Rosalind Franklin und Maurice Wilkins zur gleichen Zeit in der Medical Research Council Biophysics Unit des King's College in London gewonnen hatten.

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Entdeckung der DNA im Jahre 1953

Die Revolution

in den Biowissenschaften

Vom Rennen um die DNA-Struktur bis zur Entschlüsselung des

Humangenoms reihte sich Jahrzehnte lang eine molekularbiologische Sensation an die andere.

Entschlüsselung des humanen Genoms im Jahre 2001/2003

50 Jahre

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Alles begann mit Darwin

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Charles Darwin (1809 – 1882)

Darwins Erklärung der Evolution

• In einer Population von Organismen gibt es Subpopulationen, die sich von anderen durch Variationen bestimmter Charakteristika

unterscheiden.

• Einzelne Individuen in solchen Subpopulationen unterscheiden sich von anderen dadurch, dass sie gegenüber anderen „fitter“ sind und sich zudem effektiver fortpflanzen.

• Wenn diese Eigenschaften an die Nachkommen vererbt werden, wird sich diese Subpopulation gegenüber anderen durchsetzen.

Kurz gesagt: Evolution ist gekoppelt an vergleichsweise effektiverer Reproduktion.

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Reproduktion

Modifikation Selektion

4.000.000.000 Jahre

Darwins Erklärung der Evolution

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Fossilien zeichnen in überzeugender Weise die Evolution nach und waren schon für Darwin eine entscheidende Basis für die Entwicklung seiner Evolutionstheorie.

Wichtig:

1.Fossilien müssen Merkmale "zwischen" den heute existierenden Organismengruppen erkennen lassen.

2.Verknüpfungen müssen zeitlich geordnet sein.

3.Entwicklung muss von “einfach” nach “komplex” verlaufen und nicht umgekehrt.

Der „Fossilienbefund“ als wichtigste Basis der

Evolutionstheorie

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Aber was, wenn „Fossilienbefunde“ wichtig werden, die in der Größenskala der Moleküle

liegen?

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〜 100 Jahre

Der Genius

Darwin 1859

Franklin Wilkins

Crick Watson 1953

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Mendel, ein kongenialer Zeitgenosse

Darwins

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Der Abt C. F. Napp (1792-1867) der Augustiner-Abtei in Alt Brünn nahm 1843 Mendel als Novize in sein Kloster auf.

Mendel sollte sich um Züchtungsprobleme kümmern!

War das Zufall?

Brünn: Das intellektuelle Zentrum Europas

Gregor Mendel, 1822 – 1884

Nein!

Abt Napp: Präsident der Landwirtschaftlichen

Gesellschaft und der Gesellschaft für Obst- und Weinbau, die später in “Pomologische Gesellschaft” umbenannt wurde.

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Gregor Mendels Versuchsobjekt: Die Gartenerbse

Gregor Mendel, 1822 – 1884

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Mendels Experimente

Auswahl der Versuchspflanzen*

Der Werth und die Geltung eines jeden Experimentes wird durch die Tauglichkeit der dazu benützten

Hilfsmittel, sowie durch die zweckmässige Anwendung derselben bedingt. Auch in dem vorliegenden Falle kann es nicht gleichgiltig sein, welche Pflanzenarten als Träger der Versuche gewählt und in welcher Weise diese durchgeführt wurden.

Die Auswahl der Pflanzengruppe, welche für Versuche dieser Art dienen soll, muss mit möglichster Vorsicht geschehen, wenn man nicht in Vorhinein allen Erfolg in Frage stellen will...

*Gregor Mendel: Versuche über Pflanzenhybriden. In: Verhandlungen des naturforschenden Vereins in Brünn. Band 4. Brünn 1866, S. 43-47.

1. Modell testen

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Mendels Experimente

Auswahl der Versuchspflanzen*

…Die Versuchspflanzen müssen nothwendig 1.Constant differirende merkmale besitzen.

2.Die Hybriden derselben müssen während der Blüthezeit vor der Einwirkung jedes fremdartigen Pollens geschützt sein oder leicht geschützt werden können.

3.Dürfen die Hybriden und ihre Nachkommen in den aufeinander folgenden Generationen keine merkliche Störung in der Fruchtbarkeit erleiden.

1. Modell testen

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Erbsen

rund runzelig

selfen = mit sich selbst

kreuzen

Mendels Experimente

1. Modell testen

Genetisch reine Stämme

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Erbsen

rund runzelig

Mendels Experimente

2. Kontrollkreuzung

F

₀

F

₁

runzelig war weg

kreuzen

Uniformitätsgesetz: Nachkommen homozygoter Eltern haben denselben Phänotyp

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Erbsen

rund runzelig

Mendels Experimente

3. Selfen

F

₁

kreuzen

F

₀

selfen

runzelig ist wieder da

F

₂

(21)

Erbsen

rund runzelig

Mendels Experimente

4. Zählen

F

₁

kreuzen

F

₀

selfen

Spaltungsgesetz: Segregation dominanter und rezessiver Merkmale in F2 im Verhältnis 3:1

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Erbsen

rund runzelig

Mendels Experimente

5. Modell

F

₁

kreuzen

F

₀

selfen

R/R r/r

R/r

R

R r

r

R/R R/r R/r r/r

runzelig ist wieder da

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Mendels Experimente

6. Vorhersagen

R R

r/r 1/3 R/R

F

₂

r/r 2/3 R/r

F

₂

kreuzen

Rund/runzelig: 1/0 Rund/runzelig: 1/1

R r

R

R r

r

R/R R/r

R/r r/r

(24)

"Versuche über Pflanzenhybriden"

Uniformitätsgesetz: Nachkommen homozygoter Eltern haben denselben Phänotyp

Unabhängigkeitsgesetz: Unabhängige Vererbung einzelner Allele

Gregor Mendel, 1822 – 1884

*Gregor Mendel: Versuche über Pflanzenhybriden.

In: Verhandlungen des naturforschenden Vereins in Brünn. Band 4. Brünn 1866, S. 43-47.

(25)

Walter Flemming, ein Cytologe, mit einem

Blick für “bunte Dinger”

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Walter Flemming war ein deutscher Cytologe.

Er setzt basische Farbstoffe bei seinen Forschungen ein und sieht erstmalig dünne Gebilde in den Kernen von Zellen, die gerade im Begriffe sind, sich zu teilen.

Walter Flemming, 1843 – 1905

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Walter Flemming gilt als Gründer der Cyotgenetik und er prägte 1979 die Begriffe Chromatin und Mitose.

Walter Flemming, 1843 – 1905

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August Weismann Walter Sutton Theodor Boveri Thomas Hunt Morgan

Alfred Sturtevant

Chromosomale Theorie der Vererbung

1885 – 1915

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Friedrich Miescher, der Entdecker des

„Nukleins“

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Friedrich Miescher war Mediziner und Professor für Physiologie an der Universität Basel.

Friedrich Miescher, 1844 – 1895

Miescher konnte seine Substanz in einen Proteinanteil und einen säurefällbaren Anteil trennen. Damit erkannte er den Säurecharakter der Nucleinsäuren und konnte zeigen, dass neben Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff auch Phosphor enthalten ist.

1869 entdeckte Miescher die Nukleinsäure in einem Kernextrakt aus Eiterzellen und nannte sie „Nuclein“.

(31)

Wilhelm Johannsen, der Pate

des Begriffs„Gen“

(32)

Das Wort "Gen" wurde 1909 durch den dänischen Biologen Wilhelm Johannsen eingeführt.

Johannsen schrieb 1909: "Das Wort Gen ist völlig frei von jeder

Hypothese; es drückt nur die sichergestellte Tatsache aus, dass viele Eigenschaften des Organismus durch besondere, trennbare und somit selbständige 'Zustände', 'Grundlagen', 'Anlagen' - kurz, was wir eben Gene nennen wollen - bedingt sind.“

Wilhelm Johannsen, 1857 – 1927

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Johannsen prägte auch die Begriffe „Phänotyp“ und

„Genotyp“ für das Erscheinungsbild und die Eigenschaften eines Lebewesens.

Wilhelm Johannsen, 1857 – 1927

Phänotyp Genotyp

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Thomas Hunt Morgan, der „Entdecker“ der

Gene

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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