Der Einsatz transgener Organismen in der Industrie, der Landwirtschaft, dem Umweltschutz, der Forschung und der Medizin wird immer vielfältiger. Sie können u. a. zur Stoffproduktion, wie z. B. für Medikamente oder Enzyme, zur Qualitätsverbesserung und Ertragssicherung von landwirtschaftlichen Erzeugnissen, zur Beseitigung von Umweltverschmutzungen, aber auch zur Diagnostik und Therapie in der Medizin eingesetzt werden.
Genübertragung bei Pflanzen
Zur Übertragung neuer Gene
in Kulturpflanzen wird u. a. der genetische Parasitismus des Bodenbakteriums
Agrobacterium tumefaciens bei Pflanzen genutzt. Während der Infektion
integriert das Bakterium sein Ti-Plasmid in das Genom der Wirtszellen.
Entsprechend der genetischen Informationen des Plasmids bilden sich die
Pflanzenzellen zu Krebszellen um und synthetisieren Opine (verschiedene
Derivate der Aminosäure Arginin) als spezielle Nährstoffe für
die Bakterien. Gentechnisch veränderte, ungefährliche Ti-Plasmide
können mithilfe der Bakterien in das Genom von Pflanzenzellen integriert
werden. Man macht sich hierbei zunutze, dass lediglich bestimmte Sequenzbereiche des Plasmids für die Integration in das Pflanzengenom erforderlich sind, und fügt andere genetische Informationen (z. B. zur Herstellung bestimmter Proteine, die eine "natürliche" Abwehr gegen Schädlinge hervorrufen) ein. Aus den neu kombinierten Zellen werden vollständige transgene
Pflanzen regeneriert. Diese stellen nun das gewünschte Protein her und verfügen über Merkmale (z. B. Schädlingsresistenz), die sie zuvor nicht hatten.
Bei der Tomatensorte "FlavrSavr" verzögert ein eingefügtes
Gen die Synthese des Enzyms Polygalacturonase. Es ist während des
Reifeprozesses der Tomaten für
den Abbau der Mittellamelle in den Zellwänden verantwortlich, wodurch
die Früchte weich werden.
Eine transkribierte antisense-RNA hybridisiert mit der mRNA des Enzyms.
Die Translation der Polygalacturonase wird dadurch gehemmt. Reife Tomaten
werden nicht so schnell matschig und widerstehen länger Fäulniserregern.
Als erstes Medikament wird das menschliche Insulin schon seit 1980 im industriellen Maßstab mit rekombinanten Bakterien hergestellt. Dieses Hormon wird zur Behandlung der Zuckerkrankheit Diabetes mellitus eingesetzt und senkt den Blutzuckerspiegel. Es besteht aus insgesamt 51 Aminosäuren, die eine A- und eine B-Kette bilden. Beide Ketten sind durch Disulfidbrücken miteinander verbunden. In den
der Bauchspeicheldrüse wird zuerst ein 110 Aminosäuren langes
Prä-Proinsulin synthetisiert, das dann im Golgi-Apparat seine funktionstüchtige
Raumstruktur erhält und abgegeben werden kann.Für die biotechnologische Herstellung wurden Coli-Bakterien mit einem Plasmid als Vektor (Überträgermolekül für genetisches Material) rekombiniert. Das Plasmid beinhaltet neben Regulationseinheiten die Bildungvorschrift für ein sogenanntes Fusionsprotein. Die Insulinherstellung verläuft in drei Stufen. In der ersten Anlage werden die Bakterien in Bioreaktoren vermehrt, und das Fusionsprotein wird gebildet. Dann wird das Protein aus den abgetöteten Bakterien isoliert. Durch Falten und Abspalten der überschüssigen Aminosäuresequenzen entsteht im dritten Schritt aus dem Fusionsprotein das Insulin, das heutzutage in großen Mengen benötigt wird – eine andere als die gentechnische Herstellung dieses Wirkstoffs im Großmaßstab könnte nicht die erforderlichen Mengen zu so günstigen Bedingungen liefern und viele Menschen müssten auf die Medizin verzichten.