Prokaryonten - die Vorkernzelle
Bakterien sind Prokrayonten, das heißt sie besitzen keinen Zellkern, das Erbmaterial liegt frei im Zellplasma. Obwohl sie einfach aufgebaut sind, sind sie extrem anpassungfähig. Sie besiedeln fast alle Lebensräume und verfügen über vielfältige Stoffwechselfähigkeiten.
Worum gehts?
Wie sind Bakterien aufgebaut und wie funktioniert bei ihnen der Genaustausch, der es ihnen ermöglicht, sich kurzfristig veränderten Lebensbedingungen anzupassen?
Welche Bedeutung haben diese Eigenschaften für die biotechnische Verfahren?
Aufbau einer Bakterienzelle
Pilus (a)
- auch Sexpilus genannt
- Proteinröhre zum wechselseitigen Kontakt
- Austausch von Erbinformation von einer Spenderzelle (männlich) in eine Empfängerzelle (weiblich)
Bakterienchromosom (Nucleoid, b)
- hat als geschlossener Ring bei unserem Darmbakterium Escherichia coli (E. coli) einen Umfang von etwa einem mm und ist somit ungefähr 1000mal länger als das Bakterium selbst
- Es muss verpackt werden wie ein Wollknäuel, damit es in die nur 1/1000 mm dicke Bakterienzelle passt.
- Das ringförmige DNA-Molekül besteht aus 4 639 221 Basenpaaren, diese tragen 4300 proteincodierende Gene mit jeweils etwa 1000 Basenpaaren, die wiederum für den Aufbau Proteinen verantwortlich sind. Diese Proteine sind meist Enzyme.
Ribosome (c)
- Ort der Proteinsynthese
- im Vergleich zur Eukaryontenzelle etwas kleiner (70S - Ribosome)
Plasmid (d)
- kleinen DNA-Ringe
- befinden sich außerhalb des Bakterienchromosoms
- bestehen aus 3000 bis 100 000 Basenpaaren
- in der Regel findet man 50 bis 100 kleine und ein bis zwei größere Plasmide pro Zelle
- die meisten Plasmide vermehren sich selbständig in der Zelle
- die Gene, die auf den Plasmiden lokalisiert sind, codieren niemals für wesentliche Zellfunktionen, sondern verleihen dem Bakterium zusätzliche Eigenschaften, die die ungewöhnlichen Stoffwechselleistungen und damit das Überleben unter extremen Bedingungen erst möglich machen
Rekombination - Neukombination der Gene
- Neukombination der Genzusammensetzung durch Genaustausch
- ist eine wichtiges Instrument der Genetiker, da sich hier neue und vor allem gewünschte Genkombinationen und damit Lebewesen mit nützlichen Eigenschaften erzeugen lassen
- eröffnet Genetikern die Möglichkeit, Gene oder Teile von Genen, die aus zwei oder mehr Organismen stammen, neu anzuordnen
- führt zu neuen Merkmalskombinationen (erhöht die genetische Variabilität)
Konjugation
Der bakterielle Sexfaktor
- Bakterien Gene können austauschen.
- Kontakt und Austausch erfolgen über den sogenannten Sexpilus (oder Pilus, siehe a).
- Diesen Vorgang nennt man Konjugation.
- Nur Bakterien mit einem spezifischen Plasmid, dem Fertilitätsfaktor, können einen Pilus ausbilden.
- Das Plasmid enthält somit die Gene für die Bildung von Pili (Mehrzahl von Pilus).
- Gibt man Bakterien mit Fertilitätsfaktor (F+-Zellen) in eine Kultur, die Zellen ohne Fertiltätsfaktor (F--Zellen) enthält, dann hat man nach einiger Zeit nur F+-Zellen.
- Die Plasmide wurden in die F--Zellen übertragen.
- Wie das funktioniert, simuliert der Clip.
Eine von Zehntausend - Hfr Zellen
- Eine Zelle von 10.000 Zellen ist ein Hfr-Typ.
- Bei diesen Zellen wird der Fertilitätsfaktor in das Bakterienchromosom eingebaut.
- Damit besteht eine große Wahrscheinlichkeit (High frequency of recombination), dass Gene des Bakterienchromosoms in die Empfängerzelle übertragen werden.
- Die Übertragung des Bakterienchromosoms dauert ca. 90 Minuten, was aber sehr selten vorkommt. Meistens bricht der Vorgang vorher ab, so dass nur eine begrenzte Anzahl an Genen in die Empfängerzelle geschleust wird.
Konjugation ist auch mit anderen Bakterienarten möglich, einige Bakterienarten sind sogar fähig Plasmide in Eukaryontenzellen einzuschleusen. Damit sind für Gentechniker von besonderem Interesse, denn sie sind ein ideales Transportmittel (ein Vektor), um fremde DNA in alle möglichen Zellen einzuschleusen.
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