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Gen vervielfältigen und schneiden
Um aus der gesamten DNA nur das gewünschte DNA-Fragment zu erhalten (in unserem Beispiel das Insulin-Gen), wird die PCR-Methode eingesetzt. Dabei wird erstens das gewünschte Gen gezielt vervielfältigt und zweitens an beiden Enden des Gens eine zusätzliche kurze DNA-Sequenz angehängt. Die zusätzlichen Enden am Gen werden von einem bestimmten Restriktionsenzym erkannt, welches die Enden auf eine bestimmte Weise schneidet. Wozu das wichtig ist, sehen wir gleich.
Bakterien und ihr Ring
Bakterien besitzen neben ihrer chromosomalen DNA kleine DNA-Ringe, sogenannte Plasmide. Diese Plasmid-DNA wird isoliert und mit dem gleichen Restriktionsenzym geschnitten wie das Insulin-Gen. Dadurch können die Enden der zwei DNA-Stücke (also des nun offenen Plasmids und des Insulin-Gens) miteinander verbunden werden, da ihre Enden zusammenpassen. Das Enzym Ligase ist für das Zusammenkleben der Enden zuständig.
Transformation
Das Plasmid mit dem eingebauten Insulin-Gen wird nun in einem kleinen Behälter mit Bakterienzellen vermischt. Die Bakterien werden mit Hitze oder Strom behandelt, was sie dazu veranlasst, das Plasmid aufzunehmen. Dieser Schritt wird Transformation genannt.
Selektion
Wie kann man aber die Bakterien, die das Plasmid tatsächlich aufgenommen haben, von Bakterien unterscheiden, die das Plasmid trotz Hitze- oder Strombehandlung nicht aufgenommen haben? Sie sind ja alle im gleichen Behälter. Dazu bedienen sich Wissenschaftler eines Tricks. Bevor sie das Insulin-Gen ins Plasmid eingefügt haben, haben sie dem Plasmid ein anderes Gen eingefügt, das den Bakterien eine Antibiotikaresistenz verleiht. Alle Bakterien, die dieses Plasmid aufnehmen, sind somit gegen ein bestimmtes Antibiotikum resistent. Bekommen also die Bakterien nach der Transformation dieses Antibiotikum, überleben nur diejenigen, die das Plasmid aufgenommen haben. Diese Bakterien besitzen aber auch das Insulin-Gen, da es sich im gleichen Plasmid wie die Antibiotikaresistenz befindet.
Bakterien als Insulin-Fabriken
Die resistenten Bakterien lesen nun das Insulin-Gen ab und produzieren das Protein Insulin. Dieses wird aus der Bakterienkultur isoliert, gereinigt und als Arzneimittel eingesetzt. Da Bakterien genügsam sind und sich schnell vermehren, können so grosse Mengen Insulin relativ einfach hergestellt werden.