Genklonierung

Genklonierung, molekulargenetische Methode, mit der ein einzelnes Gen aus der Gesamtmenge der Gene eines Organismus isoliert wird und in eine Empfängerzelle eingeschleust wird, in der durch ungeschlechtliche Vermehrung identische Nachkommen (ein Klon) synthetisiert werden. Dadurch steht das Gen in größeren Mengen zur Verfügung und ist einer weiteren Untersuchung zugänglich. In der Regel stellt man sich zu diesem Zweck eine Genbibliothek von Bakterien her, in der jedes Bakterium ein DNA-Stück (siehe Nucleinsäuren) bzw. ein einzelnes Gen des zu untersuchenden Organismus enthält, so dass die Gesamtheit der Gene repräsentiert ist. Dazu schneidet man die DNA mit Hilfe von Restriktionsenzymen in Stücke. Ist man nur an den in einer Zelle exprimierten DNA-Sequenzen interessiert, stellt man komplementäre DNA-Kopien (cDNA) der in der Zelle vorhandenen mRNA-Moleküle her (siehe Molekularbiologie). In beiden Fällen werden die DNA-Fragmente mit einem Vektor verbunden; dabei handelt es sich um kurzkettige DNA von Bakteriophagen oder um ringförmige DNA-Moleküle (Plasmide) aus Bakterien. Die derart verknüpften ringförmigen Moleküle enthalten nun die zu klonierenden Gene und werden dann in Bakterien eingeschleust, und zwar so, dass jede Bakterienzelle nur ein Exemplar des Vektors und damit auch nur ein DNA-Fragment des Genoms des zu untersuchenden Organismus besitzt.

Aus diesen Genbibliotheken können anschließend jene Bakterienzellen herausgesucht werden, die das gewünschte Gen enthalten. Diese Zelle wird dann zu einem Klon gleichartiger Bakterienzellen vermehrt. Da sich bei jeder Teilung der Bakterienzelle auch der Vektor mit der eingebauten DNA verdoppelt, entstehen auf diese Weise sehr viele Kopien der gesuchten DNA, so dass man das darin enthaltene Gen genauer untersuchen kann. Auf diese Weise lassen sich Gene, die besonders interessante Proteine codieren oder deren mutationsbedingte Inaktivierung zu Krankheiten führt, im einzelnen analysieren. Man kann z. B. die Sequenz eines solchen Gens ermitteln und genau die krankheitsauslösende Mutation identifizieren.

Ein derart vermehrtes Gen kann in den Bakterienzellen auch exprimiert werden, so dass das zugehörige Protein entsteht. Durch die Anwendung dieser gentechnologischen Methoden ist es möglich geworden, schwer zugängliche Stoffklassen wie Insulin und Wachstumshormone in großem Maßstab herzustellen und zur Behandlung von Krankheiten wie Diabetes oder Zwergwuchs einzusetzen.