Gentechnik ist heute kein neuer Begriff mehr für die Welt. Jeden Tag werden in den Zeitungen, im Fernsehen und in Zeitschriften neue Erfindungen der Gentechnik beachtet. Gentechnik kann als eine Praxis beschrieben werden, bei der die Gene eines Organismus manipuliert werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Weitere Techniken, die in diese Kategorie fallen, sind: rekombinante DNA-Technologie, genetische Veränderung (GM) und Genspleißen.
GESCHICHTE
Die Wurzeln der Gentechnik reichen bis in die Antike zurück. Die Bibel wirft auch etwas Licht auf die Gentechnik, wo von selektiver Züchtung die Rede ist. Die moderne Gentechnik begann 1973, als Herbert Boyer und Stanley Cohen mithilfe von Enzymen ein Bakterienplasmid schnitten und einen weiteren DNA-Strang in die entstandene Lücke einfügten. Beide DNA-Stücke stammten von derselben Bakterienart. Dieser Schritt wurde zum Meilenstein in der Geschichte der Gentechnik. Kürzlich, im Jahr 1990, erhielt ein kleines Kind mit einem extrem schwachen Immunsystem eine Gentherapie, bei der einige seiner weißen Blutkörperchen genetisch manipuliert und wieder in seinen Blutkreislauf eingeführt wurden, damit sein Immunsystem richtig funktionieren konnte.
VERSPRECHEN
Gentechniker hoffen, dass es mit genügend Wissen und Experimenten in Zukunft möglich sein wird, Organismen „nach Maß“ zu erschaffen. Dies wird zu neuen Innovationen führen, möglicherweise einschließlich maßgeschneiderter Bakterien zur Beseitigung verschütteter Chemikalien oder Obstbäumen, die zu verschiedenen Jahreszeiten unterschiedliche Obstsorten tragen. Auf diese Weise können neue Arten von Organismen und Pflanzen entwickelt werden.
VERFAHREN
Für die Gentechnik sind drei Elemente erforderlich: das zu übertragende Gen, eine Wirtszelle, in die das Gen eingefügt wird, und ein Vektor, der die Übertragung herbeiführt. Zunächst müssen die zu manipulierenden Gene aus der Haupt-DNA-Helix „isoliert“ werden. Anschließend werden die Gene in ein Transfermedium wie das Plasmid „eingefügt“. Drittens wird das Transfermedium (dh das Plasmid) in den zu modifizierenden Organismus eingeführt. Der nächste Schritt ist die Elementtransformation, bei der verschiedene Methoden, darunter DNA-Kanonen, bakterielle Transformation und virale Insertion, verwendet werden können, um das Transfermedium auf den neuen Organismus anzuwenden. Schließlich erfolgt eine Phase der Trennung, in der der genetisch veränderte Organismus (GVO) von anderen Organismen, die nicht erfolgreich verändert wurden, isoliert wird.
ANWENDUNGEN
Die Gentechnik hat jeden Lebensbereich beeinflusst, sei es die Landwirtschaft, die Lebensmittel- und Verarbeitungsindustrie, andere kommerzielle Industrien usw. Wir werden sie einzeln besprechen.
1. Landwirtschaftliche Anwendungen
Mit Hilfe der Gentechnik wäre es möglich, Klone von genmanipulierten Pflanzen und Tieren von landwirtschaftlicher Bedeutung mit wünschenswerten Eigenschaften herzustellen. Dadurch würde der Nährwert pflanzlicher und tierischer Nahrung erhöht. Gentechnik könnte zur Entwicklung von Pflanzen führen, die Stickstoff direkt aus der Atmosphäre binden und nicht aus teuren Düngemitteln. Die Bildung stickstofffixierender Bakterien, die in den Wurzeln von Kulturpflanzen leben können, würde die Düngung von Feldern überflüssig machen. Der Anbau solcher selbstbefruchtenden Nahrungspflanzen könnte eine neue grüne Revolution auslösen. Durch Gentechnik könnten Mikroorganismen entstehen, die zur biologischen Bekämpfung schädlicher Krankheitserreger, Insektenschädlinge usw. eingesetzt werden könnten.
2. Umweltanwendungen
Genetisch veränderte Mikroorganismen könnten zum Abbau von Abfällen, in Abwässern, bei Ölverschmutzungen usw. verwendet werden. Wissenschaftler der General Electric Laboratories in New York haben Plasmide hinzugefügt, um Pseudomonas-Stämme zu erzeugen, die eine Vielzahl von Kohlenwasserstoffen abbauen können und jetzt zur Reinigung verwendet werden Ölverschmutzungen. Es kann 60 % des Rohöls abbauen, während die vier Ausgangsstoffe, aus denen es gewonnen wurde, nur wenige Verbindungen abbauen.
3. Industrielle Anwendungen
Zu den industriellen Anwendungen der rekombinanten DNA-Technologie gehören die Synthese von Substanzen von kommerzieller Bedeutung in Industrie und Pharmazie, die Verbesserung bestehender Fermentationsprozesse und die Produktion von Proteinen aus Abfällen.
4. Medizinische Anwendungen
Zu den medizinischen Anwendungen der Gentechnik gehören die Produktion von Hormonen, Impfstoffen und Interferon; Enzyme, Antikörper, Antibiotika und Vitamine sowie in der Gentherapie für einige Erbkrankheiten.
Hormone
Das Hormon Insulin wird derzeit kommerziell durch Extraktion aus der Bauchspeicheldrüse von Kühen und Schweinen hergestellt. Etwa 5 % der Patienten leiden jedoch unter allergischen Reaktionen auf tierisches Insulin, da es sich in seiner Struktur geringfügig vom menschlichen Insulin unterscheidet. Menschliche Insulingene wurden in Bakterien implantiert, die dadurch in die Lage versetzt werden, Insulin zu synthetisieren. Bakterielles Insulin ist identisch mit menschlichem Insulin, da es von menschlichen Genen kodiert wird.
Impfungen
Durch die Injektion eines inaktivierten Virus wird ein Tier dazu angeregt, Antikörper gegen virale Proteine zu bilden. Diese Antikörper schützen das Tier vor einer Infektion mit demselben Virus, indem sie an das Virus binden. Phagozytenzellen entfernen dann das Virus. Impfstoffe werden hergestellt, indem der krankheitserregende Organismus in großen Mengen gezüchtet wird. Dieser Vorgang ist oft gefährlich oder unmöglich. Darüber hinaus gibt es Schwierigkeiten, den Impfstoff unschädlich zu machen.
Interferon
Interferone sind virusinduzierte Proteine, die von mit Viren infizierten Zellen produziert werden. Sie scheinen die erste Verteidigungslinie des Körpers gegen Viren zu sein. Die Interferon-Reaktion ist viel schneller als die Antikörper-Reaktion. Interferone wirken antiviral. Eine Art von Interferon kann wirken. Gegen viele verschiedene Viren, dh es ist nicht virusspezifisch. Es ist jedoch artspezifisch. Interferon eines Organismus schützt Zellen eines anderen Organismus nicht vor Viren. Interferon bietet eine natürliche Abwehr gegen Viruserkrankungen wie Hepatitis und Grippe. Es scheint auch gegen bestimmte Krebsarten wirksam zu sein, insbesondere gegen Brust- und Lymphknotenkrebs. Natürliches Interferon wird aus menschlichen Blutzellen und anderen Geweben gewonnen. Es wird in sehr kleinen Mengen hergestellt.
Enzyme
Das Enzym Urokinase, das zur Auflösung von Blutgerinnseln dient, wird von gentechnisch veränderten Mikroorganismen hergestellt.
Antikörper
Eines der Ziele der Gentechnik ist die Herstellung von Hybridomen. Dabei handelt es sich um langlebige Zellen, die Antikörper zur Bekämpfung von Krankheiten produzieren können.
5. Gentherapie zur Behandlung von Erbkrankheiten
Bei den früheren Gentransplantationsexperimenten ging es um die In-vitro-Transplantation von Genen in isolierte Zellen oder in Bakterien. Gentransplantationsexperimente wurden inzwischen auf lebende Tiere ausgeweitet.
6. Im Verständnis biologischer Prozesse
Gentechnische Techniken wurden eingesetzt, um grundlegende Kenntnisse über biologische Prozesse wie Genstruktur und -expression, Chromosomenkartierung, Zelldifferenzierung und die Integration viraler Genome zu erlangen. Dies könnte zu einem besseren Verständnis der Genetik von Pflanzen und Tieren und letztlich auch des Menschen führen.
7. Menschliche Anwendungen
Eine der aufregendsten potenziellen Anwendungen der Gentechnik ist die Behandlung genetischer Störungen. Medizinern sind mittlerweile etwa 3.000 Erkrankungen bekannt, die auf Fehler in der DNA eines Menschen zurückzuführen sind. Erkrankungen wie Sichelzellenanämie, Tay-Sachs-Krankheit, Duchenne-Muskeldystrophie, Chorea Huntington, Mukoviszidose und Lesch-Nyhan-Syndrom sind das Ergebnis des Verlusts, der fehlerhaften Insertion oder der Veränderung einer einzelnen Stickstoffbase in einem DNA-Molekül. Die Gentechnik ermöglicht es Wissenschaftlern, Personen, denen ein bestimmtes Gen fehlt, mit korrekten Kopien dieses Gens zu versorgen. Der Vorschlag zum Klonen von Menschen wartet immer noch auf seine Verabschiedung. Die Gentechnik hat den unfruchtbaren Paaren geholfen.
Schutzmaßnahmen der Gentechnik
Die allgemeinen Schutzmaßnahmen für die rekombinante DNA-Forschung sind nachstehend aufgeführt:
1. Gene, die für die Synthese von Toxinen oder Antibiotika kodieren, sollten nicht ohne entsprechende Vorsichtsmaßnahmen in Bakterien eingeführt werden
2. Gene von Tieren, Tierviren oder Tumorviren sollten ebenfalls nicht ohne entsprechende Vorsichtsmaßnahmen in Bakterien eingeschleust werden.
3. Laboreinrichtungen sollten so ausgestattet sein, dass die „Möglichkeit“ des Entweichens pathogener Mikroorganismen verringert wird, indem mikrobielle Sicherheitsschränke, Abzugshauben, Unterdrucklabore, spezielle Fallen an Abflussleitungen und Vakuumleitungen verwendet werden.
4. Der Einsatz von Mikroorganismen, die spezielle ökologische Nischen wie heiße Quellen und Salzwasser besiedeln, sollte gefördert werden. Wenn solche Organismen entkommen, können sie nicht überleben.
5. Die Verwendung nicht-konjugativer Plasmide als Plasmid-Klonierungsvektoren wird empfohlen, da solche Plasmide nicht in der Lage sind, ihren eigenen Transfer durch Konjugation zu fördern.
Gefahren der Gentechnik
Die rekombinante DNA-Forschung birgt potenzielle Gefahren. Gentechnik könnte versehentlich oder absichtlich gefährliche neue Lebensformen hervorbringen. Ein Wirtsmikroorganismus kann durch den Einbau fremder Gene schädliche Eigenschaften annehmen. Wenn krankheitsübertragende Mikroorganismen, die durch Genmanipulation entstanden sind, aus Laboratorien entweichen, könnten sie eine Vielzahl von Krankheiten verursachen. Beispielsweise hat Streptococcus, ein Bakterium, das rheumatisches Fieber, Scharlach, Halsentzündung und Nierenerkrankungen verursacht, in der Natur nie eine Penicillinresistenz entwickelt. Wenn ein Plasmid, das ein Gen für Penicillinresistenz trägt, in Streptococcus eingeführt wird, würde es dem Bakterium eine Penicillinresistenz verleihen. Penicillin wäre nun gegen den resistenten Organismus unwirksam.