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Die Genom-Editierung

Die Genom-Editierung

Die Animation stellt das bekannteste Verfahren, die CRISPR/Cas9-Methode vor.

Biologie

Schlagwörter

gene, Genchirurgie, Gen-Knockout, Insertion von Genen, CRISPR, Cas9, Chromosom, Genom, DNS, Enzym, RNA, Bakterium, Virus, Bakteriophag, Infektion, komplex, Genetik, Biologie

Verwandte Extras

3D-Modelle

CRISPR/Cas9-System

  • Bakteriophage - Ein Virus, das Bakterien infiziert. Es injiziert sein Erbgut in das Bakterium und beginnt sich dort zu vermehren. Schließlich wird das Bakterium durch das Virus abgetötet.
  • Bakterium
  • bakterielle DNA - Sie ist ringförmig und von keiner Zellkernmembran umgeben, weshalb Bakterien auch als Prokaryoten bezeichnet werden.
  • virale DNA
  • CRISPR-Segment
  • RNA-Polymerase - Ein komplexes Eiweißmolekül, das für die RNA-Synthese verantwortlich ist.
  • CRISPR-RNA - Ein RNA-Strang, der komplementär zu einem viralen DNA-Strang ist.
  • Cas9-Enzym - Ein zusammengesetztes Protein, das die virale DNA, die das Bakterium infiziert, abspalten kann.
  • tracrRNA
  • passendes DNA-Segment

Viren sind eine Bedrohung für lebende Organismen, selbst für Bakterien. Die Viren heften sich an die Oberfläche des Bakteriums und injizieren ihr Erbgut in die Zelle. Eine Virusinfektion verändert den Zellstoffwechsel, was zum Absterben des Bakteriums führen kann.

Allerdings ist das Bakterium nicht völlig ungeschützt, da es sich an eine Virusinfektion erinnern und gegen ein bestimmtes Virus immun werden kann.

Enzyme können ein Segment der DNA des Virus spalten und es in einem speziellen Teil des genetischen Materials des Bakteriums ablegen. Die abgeschnittene Virus-DNA wird als CRISPR-Segment bezeichnet. An dieser Stelle produziert das Bakterium ein RNA-Molekül, die so genannte CRISPR-RNA. Es enthält Informationen über das Genom des Virus und des Bakteriums. Es interagiert mit einem anderen Molekül, der tracrRNA, und sie binden sich an das Cas9-Protein und bilden so einen CRISPR/Cas9-Komplex. Dieser Komplex bietet Schutz vor Virusinfektionen: Die CRISPR-RNA kann die virale DNA erkennen und das Cas9-Protein kann die DNA-Stränge durchschneiden.

Gen-Knockout

  • Künstliche CRISPR-RNA
  • passendes DNA-Segment
  • Ziel-DNA - Das genetische Material eines lebenden Organismus.
  • Cas9-Enzym
  • fremdes Gen

Der CRISPR/Cas9-Komplex kann unter Laborbedingungen künstlich hergestellt und in Zellen eingebracht werden. Bei der Herstellung des Komplexes ist es möglich, das zu erkennende DNA-Segment zu bestimmen, daher kann es auch für hochpräzise Modifikationen der Gene lebender Organismen verwendet werden. Nach der Erkennung schneidet der Komplex das Gen, sodass es nicht in ein Protein übersetzt wird. Diese gentechnische Methode wird als Gen-Knockout bezeichnet.

Gen-Knock-in

  • Künstliche CRISPR-RNA
  • passendes DNA-Segment
  • Ziel-DNA - Das genetische Material eines lebenden Organismus.
  • Cas9-Enzym
  • fremdes Gen

Mit dem CRISPR/Cas9-Komplex ist auch ein Gen-Knock-in (Insertion) möglich. Dabei muss auch ein DNA-Segment eines fremden Gens zusammen mit dem Komplex in die Zelle eingebracht werden. Hat der Komplex das Erbgut der Zelle geschnitten, kann sich das fremde DNA-Segment an die geschnittenen Enden binden.

Kalottenmodell

  • Ziel-DNA
  • CRISPR-RNA
  • Cas9-Enzym
  • CRISPR/Cas9-Komplex

Verwandte Extras

Bakterien (kugel-, stäbchen-, schraubenförmig)

Bakterien lassen sich nach ihrer äußeren Form gruppieren.

Die DNA

Die DNA ist der Träger der Erbinformation.

Die RNA

RNA setzt sich aus Phosphorsäure, Ribose und Cytosin, Uracil, Adenin bzw. Guanin zusammen.

Die Viren

Viren bestehen aus Proteinen sowie Erbgut und benötigen Wirtszellen zur Reproduktion.

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