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Gentechnik - Jahresarbeit

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1Gentechnik - Jahresarbeit Empty Gentechnik - Jahresarbeit So März 22, 2015 9:04 pm

Crean



Fach: Bio
Note: 1
Klasse: 10
Anmerkung: Quellen folgen


Gentechnik

Inhaltsverzeichnis

1. Was ist Gentechnik?
2. Ziele der Gentechnik
3. Methoden der Gentechnik
4. Werkzeuge der Gentechnik
5. Einsatz der Gentechnik → Beispiele der Gentechnik
5.2. Dolly und weitere geklonte Säugetiere
6. Nutzen und Risiken - Pro und Contra
6.1. Nutzen
6.2. Risiken
7. Quellen

1. Was ist Gentechnik?
Die Gentechnik ist ein Teilbereich der Biotechnologie und  beschäftigt sich mit dem gezielten Verändern der DNA, deren Rekonstruktion und dem Übertragen des Erbmaterials in andere Organismen, Zellen, etc.
- will also Erbgut von Pflanzen, Tieren und Bakterien gezielt verändern
zB. Verpflanzung von Genen in andere Lebewesen
- Unterscheidung in verschiedene Bereich:
grüne Gentechnik = Anwendung bei Pflanzen
rote Gentechnik = Anwendung bei Organismen mit rotem Blut (Wirbeltiere) oder Zellen aus diesen Organismen, in der Medizin und Pharmazeutik
weiße Gentechnik = Anwendung in der Industrie
graue Gentechnik = Anwendung in der Abfallwirtschaft
- viele Pro und Contra, medizinischer und ethnischer Natur

2. Ziele der Gentechnik
Die Ziele der Gentechnik sind weit gefächert. Als Beispiele können hier die Erhöhung der quantitativen Produktivität von Nutzpflanzen, die Herstellung von Impfstoffen und Medizin, Verbesserung der Resistenz von Pflanzen gegen Herbizide und Schädlinge, die Erhöhung der Nährwerte in Pflanzen sowie das Schaffen neuer Sorten und Arten genannt werden.
Ebenso soll die Qualität der Ernteprodukte den Bedürfnissen des Verbrauchers angepasst werden.
Weiterhin versucht man, in der Industrie gezielt Enzyme, Bakterien und Ähnliches einzusetzen und diese genetisch zu verbessern, Tiere resistenter gegen Krankheiten zu machen oder gar Lebewesen zu klonen.

Gentechnik - Jahresarbeit Ziele-11

3. Methoden der Gentechnik
Eine Methode der Gentechnik ist die Isolation von DNA. Hierbei wird eine Zelle genommen und anschließend der Zellkern aufgebrochen, sodass man an die DNA herankommt. Anschließend kann die DNA mit Hilfe von Restriktionsenzymen zerschnitten werden, es können einzelne Gene ausgeschaltet oder eingesetzt werden oder aber es lassen sich auch Gene durch Anwendung Polymeraser Kettenreaktion duplizieren.
Vorher wird die DNA meistens jedoch katalogiesiert, wobei ihre Teile unterteilt werden, zum Beispiel in Allele, Gene, Basen, etc. Diesen Vorgang nennt man auch DNA-Sequenzierung.
Die wohl bekannteste Methode der Gentechnik ist jedoch das Klonen. Hierbei werden Eizellen Zellkerne implementiert, welche dann ausgebrütet werden. So entstehen neue Lebewesen mit identischem genetischem Ursprung.
Ein Spezialfall dieser Technik ist das „therapeutische Klonen“, bei der der Empfänger der Zellen gleichzeitig der Spender der Zellkerne ist.
Es ist auch möglich, Tieren fremde Gene einzupflanzen, indem man Gene in befruchtete Eizellen einschleust, noch bevor diese mit der Spermazelle verschmelzen.
Bei der Gendiagnostik, der Erkennung von Erbkrankheiten, werden DNA-Proben durch Restriktion zerlegt. Nun fügt man einen radioaktiv markierten DNA-Strang hinzu, welcher sich mit der ebenfalls einsträngigen DNA-Probe im Falle eines Gendefektes paaren würde. So kann man schon frühzeitig Erbkrankheiten erkennen. Die anschließende Gentherapie erfolgt durch Übertragung von Genen auf Körperzellen, um defekte Gene zu ersetzen.


4. Werkzeuge der Gentechnik
Linker und Adapter
Linker sind DNA-Fragmente, die synthetisch hergestellt werden können und 2 glatte Enden besitzen. Sie verfügen jedoch weiterhin auch über eine Schnittstelle für ein Restriktionsenzym (Restriktionsendonuclease, s. Oben). Sie können so an ein vorhandenes DNA-Fragment angesetzt werden und ergeben nach der Behandlung mit dem Enzym sogenannte „sticky ends“. Nun können hier weitere DNA-Fragmente mit einem sticky end angefügt werden, sodass der gewünschte DNA-Strang erzielt werden kann. Besitzt ein Linker nun ein glattes und ein „sticky“ end, so nennt man ihn Adapter.

Ligation
Ligation ist die Verknüpfung zweier Nukleotide (z. B. bei sticky ends) mit Hilfe eines Enzyms, der Ligase.

Restriktion- Erklärung des Verfahrens
Die Restriktion, das heißt die Teilung der DNA in bestimme Abschnitte, geschieht mit Hilfe von Enzymen, sogenannten Restriktionsendonucleasen. Diese werden z.B. von Bakterien produziert, um die DNA angreifender Viren zu zerstören. Sie zerteilen also die DNA in einzelne Gene/Abschnitte. Das Enzym erkennt, je nach Art, eine bestimme Stelle auf der DNA und zerteilt sie dort.
Eine besondere Form der Restriktionsendonucleasen hinterlässt dabei sogenannte „sticky ends“. Hierbei wird die DNA nicht sauber abgeschnitten, sondern es entsteht ein DNA-Einzelstrang.

Gentechnik - Jahresarbeit 01-s10

Dieser DNA-Einzelstrang eignet sich besonders gut für die Gentechnik, da er es erleichtert, die Gene an andere anzulagern.

Isolation von DNA
Um die DNA, welche im Zellkern vorhanden ist, zu isolieren, muss zunächst die Zellmembran bzw. Kernmembran aufgebrochen werden.
Die Membranen bestehen aus Lipiden und Proteinen. Die Lipide wiederum bestehen aus einem Kopf (hydrophil) und einem Schwanz (hydrophob/lipophil). Da sie sich in einer wässrigen Lösung befinden, bilden sie eine Doppelschicht, wobei die Schwänze nach innen zeigen.

Gentechnik - Jahresarbeit Doppel10

Um diese Lipidschicht aufzubrauchen, werden sogenannte Detergentien benutzt. Diese Substanzen, die z.B. in Waschmitteln vorhanden sind, setzen die Oberflächenspannung der wässrigen Lösung herab und binden Fette. Dadurch brechen sie die Membranen auf und formen sich aufgrund ihrer ähnlichen Struktur mit den Lipiden zu Mizellen (kugelförmige Lipide).  Nun hat man ein Gemisch aus den Mizellen, Proteinen und der DNA. Da die DNA um die Proteine gewickelt ist, nimmt man nun Peptidasen, also Enzyme, welche Proteine spalten können. Als Hausmittel kann hier z.B. Papain („Fleischzartmacher“) verwendet werden. Dieses spaltet also die Proteine, wodurch man nun nurnoch die DNA herausfiltern muss. Dazu gibt man Alkohol hinzu. Da Alkohol leichter ist als Wasser, schwimmt es oben. Auf der Oberfläche kann man nun die DNA-Fäden erkennen.

Dies ist ein nur ein Beispiel für die Isolation von DNA. Sie ist jedoch die einfachste Methode und kann ohne Probleme zu Hause nachgemacht werden.


Bakterien
Bakterien haben häufig freie DNA-Ringe innerhalb des Zellplasmas, die Plasmide. Da diese sich unabhänig von der DNA im Zellkern duplizieren und von anderen Bakterien aufgenommen werden, eignen sie sich hervorragend zur Transplantation von DNA.


5. Einsatz der Gentechnik → Beispiele der Gentechnik
Wie bereits gesagt, unterteilt sich die Gentechnik in 4 Bereiche: Rote, Weiße, Grüne und Graue Gentechnik.

Die Rote Gentechnik beschäftigt sich mit der Medizin, wobei der Name von der Farbe des Blutes herrührt. Hierbei werden Zellen von Organismen mit rotem Blut oder das Blut an sich verwendet.
Sie dient der Entdeckung und Bekämpfung von Krankheiten sowie der Herstellung und Reproduktion von Knorpel, Knochen, Organen etc.
Als Beispiele können hier diverse Klone, die Herstellung von Humaninsulin, Gentherapie und Blutgerinner für an der Bluterkrankheit erkrankte Menschen angeführt werden.

Weiße Gentechnik ist der Bereich für die Industrie.  Hier kommen vor allem Enzyme und Mikroorganismen, wie z.B. Bakterien, zum Einsatz. Das Hauptziel ist hierbei die Steigerung der Produktivität und Effektivität. Produkte dieses Bereiches sind unter Anderem Bio-Ethanol, Waschmittel, Schimmelkäse, Biogas und vitaminreichere Nahrung.

Der umstrittenste Bereich ist die Grüne Gentechnik. Pflanzen sind hier der Arbeitsbereich. In der Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion eingesetzt, steht die Zucht von resistenteren und ertragreicheren Pflanzen im Vordergrund. Beispiele sind hier diverse pestizid-resistente Rapssorten, die Vitamin A haltige Reissorte namens „Golden Rice“, längere haltbare Tomaten sowie eine Maissorte, die von allein Schädlingsgift produziert und sich so selber schützt.

Die Graue Gentechnik verbessert die Abfallwirtschaft. Sie nutzt Mikroorganismen, um zum Beispiel Müll biologisch abzubauen, Trinkwasser zu reinigen oder verseuchte Böden wieder nutzbar zu machen.

5.2 Dolly und weitere geklonte Säugetiere
Dolly, ein Schaf, ist das 1. geklonte Säugetier weltweit. Es lebte jedoch nicht lange, da es schneller alterte als andere Tiere, denn die eingesetzten Zellen stammten von einem älteren Tier. So wurde Dolly nur 6,5 Jahre alt. (* 05.06.1996 † 14.02.2003)
Das Schaf hatte selbst natürlich gezeugten Nachwuchs und ist heute ausgestopft im Royal Museum in Edinburgh zu besichtigen.

Gentechnik - Jahresarbeit Dolly10


Andere geklonte Tiere:
Gentechnik - Jahresarbeit Wolfap10
- in Südkorea wurden die Wölfinnen Snuwolf und Snuwolffy geklont.
- Maus Cumulina (3. Oktober 1997 bis 5. Mai 2000), erste geklonte Nagetier
- Katze CC, kam am 22.12.2001 als erste geklonte Katze im US-Bundestaat Texas zur Welt
- Klonkalb Noah aus den USA überlebte nur knapp 48 Stunden lang
- Klonkalb Marguerite kam im März 1998 in Frankreich zur Welt
- Hund Snuppy wurde in Südkorea  am 24. April 2005 geboren, Name steht für „Seoul National University Puppy“
- Pferd Promethea, geboren am 28.5.2003, hat am 17.3.2008 auf natürlichem Weg ein Fohlen in die Welt gesetzt
→ ermöglichte so das Klonen von guten Rennpferden (männliche Rennpferde werden früh kastriert)
- 21. Januar 2004 – in China kam diese Antilopenart zur Welt:

Gentechnik - Jahresarbeit Antelo10

6. Nutzen und Risiken – Pro und Kontra
6.1 Nutzen

Durch die Ertragssteigerung bei Pflanzen, wie z.B. Getreide, kann der weltweite Hunger bekämpft werden. Krankheitsresistente Pflanzen brauchen weniger Pestizide, was die Umwelt schont. Neue Arbeitsmärkte können erschlossen werden, was Arbeitsplätze schafft.
Neue Erkenntnisse in der Medizin würden zu neuen Behandlungsmethoden führen, die billiger sind, wodurch auch ärmeren Menschen geholfen werden könnte.
Bedrohte Tierarten können vermehrt, besondere Eigenschaften, wie zum Beispiel die gute Nachtsicht von Katzen, auf andere Lebewesen übertragen werden.
Die Entdeckungen in der Roten Gentechnik führen zur Bekämpfung des Mangels an Spenderorganen und zu möglichen Behandlungsformen für Erbkrankheiten.
Durch die Graue Gentechnik kann der Müll und das Abwasser besser entsorgt, abgebaut und gereinigt werden, Öl kann biologisch abgebaut und Umweltkatastrophen gemildert werden.

6.2 Risiken
Die Gentechnik befindet sich momentan stark in industrieller Hand, wodurch sie eher zur Kapitalgewinnung genutzt wird als zur Bekämpfung des Welthungers beispielsweise. So sind Bereiche wie Energiegewinnung, Tierfutter und Baumwolle stärker vertreten als die Nahrungsmittelproduktion.
Da die neuen, ertragreicheren Pflanzensorten wesentlich teurer und komplizierter herzustellen sein werden, können sich nur Großbauern oder Industrielle diese leisten, wodurch Kleinbauern oder Bauern in ärmeren Ländern verdrängt werden, da sie sich die neuen Sorten nicht werden leisten können. Dies führt zu einer Verarmung dieser Schichten, die Schere von Arm und Reich klappt weiter auseinander und es ist sogar möglich, dass durch die steigenden Lebensmittelpreise der Welthunger sogar verstärkt wird.
Eine weitere Gefahr ist die Gefährdung der Artenvielfalt, da es vorkommen kann, dass sich  genetisch verbesserte Lebewesen durchsetzen und die anderen Arten verdrängen.
Auch können sich durch die krankheitsresistenten Pflanzen neue Erreger entwickeln, wodurch nach ein paar Jahren der Bedarf an Spritzmitteln steigen könnte.
Auch sind zukünftige Spätfolgen weder absehbar noch ausreichend erforscht, wodurch es zu großen neuen Problemen kommen kann, wie zum Beispiel Missbildungen oder neue Schädlinge und Krankheiten.
Die Ausbreitung von genetisch verbesserten Lebewesen kann auch nichtmehr durch die Natur reguliert werden, sie sind schwerer zu kontrollieren und können sich somit unkontrolliert vermehren und das Ökosystem nachhaltig erstören.
Doch neben diesen Aspekten gibt es auch viele ungeklärte ethische Fragen. So sollte sich die Frage gestellt werden, ob der Mensch Gott spielen darf und ob es vertretbar ist, Tiere als „Ersatzteillager“ für den Menschen zu züchten. Perverse Experimente, wie zum Beispiel das Austragen eines menschlichen Embryos von einem Tier, oder die Herstellung von bio-chemischen Waffen sind entsetzliche, aber mögliche Vorstellungen. Aber auch durch die verbesserte Medizin entstehen Gefahren, denn so wird die Weltbevölkerung steigen und so der Bedarf an Ressourcen, Nahrung und Lebensraums irgendwann nichtmehr gedeckt werden können.

7. Quellen
- http://www.flegel-g.de/ziele-gentechnik.jpg
- http://de.wikipedia.org/wiki/Gentechnik
- http://www.20min.ch/diashow/diashow.tmpl?showid=1499
- Zeitschrift „Ein Herz für Tiere“
- http://www.schule-und-gentechnik.de/fuer-schueler/wer-wie-was/pro-und-contra.html
- http://www.zeyz.de/schule/bio_gentechnik.pdf

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