DNA: Bausteine des Lebens Konzeption und Kursleitung:

Präsentation zum Thema: "DNA: Bausteine des Lebens Konzeption und Kursleitung:"—  Präsentation transkript:

1 DNA: Bausteine des Lebens Konzeption und Kursleitung:
Frühjahrsprogramm 2008 DNA: Bausteine des Lebens Konzeption und Kursleitung: Pascale Ohnsorg Philipp Taxböck Michael Röthlisberger Organisation: Dr. Peter Jann 1

2 Theorie Restriktionsenzyme Ansetzen des Verdaues
Begrüssung, Rückblick Theorie Restriktionsenzyme Ansetzen des Verdaues Auswertung Experiment mtDNA p Kursleiter 3. Teil: Philip Taxböck & Michael Röthlisberger

3 P rückblick

4 P übersicht

5 Repetition - DNA Deoxyribonucleic Acid Desoxyribonucleinsäure 5
M Repetition DNA 5

6 Auszug aus puc19. Ziemlich unübersichtlich
Auszug aus puc19. Ziemlich unübersichtlich! Datenmengen nur mit computer bearbeitbar! D.h. auch computer sind essentielle voraussetzung der molekularbio.

7 Restriktionsenzym Restriktion Enzym
Anderes absolut essentielles werkzeug: restriktionsenzyme! Name: rstriktion = beschränkung enzym= Proteine, die eine chemische Reaktion katalysieren können Restriktion Enzym

8 Grafik etwas verwirrend, da rest-enzyme zwar schneiden, aber nicht „essen“, d.h. nichts geht verloren. Hier eingezeichnet: rest enzyme erkennen spez sequenz (meist zw 4 und 8 bp, machmal länger)

9 Enzym erkennt, schneidet.

10 Dann doppelstrang ist entzweit.

11 5`-GAATTC-3` EcoR1 3`-CTTAAG-5` 5`-CTNAG-3` Dde1 3`-GANTC-5`
5`-GCCNNNNNGGC-3` 3`-CGGNNNNNCCG-5` Dde1 Bgl1 EcoR1 Drei beisiele unterschiedlicher sequenzen, die erkannt werden. N in unterstem beispiel beliebige base. Erkennnungs-sequenz nicht gleich schnittsequenz. Damit beide stränge geschnitten werden können, ist die sequenz palindromisch.

12 Restriktionsenzyme – Herkunft der Namen
Bakterium Beschreibung EcoR1 Escherichia coli Darm von Tier und Mensch, gerade Stäbchen Bgl1 Bacillus globigii Harmlos für Menschen, allgegenwärtig in herumfliegendem Staub, Stäbchen Dde1 Desulfovibrio desulfuricans Sulfat reduzierendes Bakterium, weit verbreitet, gekrümmte Stäbchen m

13 pUC 19 Plasmid 2686 Basenpaare lang
Wieder ausschnitt aus unserem plasmid puc19. Finden sie die sequenz gaattc? Auf palindrom nochmals eingehen. pUC 19 Plasmid 2686 Basenpaare lang

14 Warum gibt es Restriktionsenzyme?
Werner Arber, *1929 in Gränichen Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 1978 Für uns im labor rest-enzyme wichtig, aber: Was ist der biologische sinn? Arber in 60 er jahren: fremde dna wird in Bakterien zerschnitten. Nathan smith isolierte die enzyme, hamilton o. smith ebnete weg zur anwendung Molekularbiologie ein Spezialgebiet der Biologie, das sich mit den Reaktionsmechanismen zwischen und innerhalb von molekularen Strukturen der Organismen befasst.

15 Warum gibt es Restriktionsenzyme?
Schematisch dargestellt: ohne rest enzyme. 15

16 Warum gibt es Restriktionsenzyme?
Mit enzymen. Frage: warum wird Bakterien-dann nicht zerschnitten?! Methylierung. --> was ist wenn phage dann auch methyliert? --> arms race, wettrüsten

17 P: übersicht praktischer teil.

18 p.

19 2 P&m

20 Pause

21 Wie gross werden die Fragmente sein?

22 DNA-Plasmid pUC-19 M: erkläre kurz MCS, Ori, Amp, LacZ

23 M: Da bereits mit kleinen plasmiden eher kompliziert, braucht man für das bearbeitenm grösserer Plasmide computer. Ohne sie wäre Molek unmöglich. XXX

24  Eco RI: 396 Schnittstelle bestimmen  Bgl I: 245,1813
 Dde I: 171,1081,1490, 1656, 2196, 2622 M: zeichne beispiel mit 2 enzymen an tafel.

25 Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp 2. Teilstücke berechnen 2686 500
Gesamtlänge 2686 bp 2686 500 1000 Etc. ...

26  Eco RI: 396 Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp
2. Teilstücke berechnen  Eco RI: 396 Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp 2686 396 500 1000 26

27  Eco RI: 396 Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp
2. Teilstücke berechnen  Eco RI: 396 Eine Schnitt- stelle  Ein Fragment Länge des Fragmentes: ??? Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp 2686 396 500 1000 27

28  Eco RI: 396 Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp
2. Teilstücke berechnen  Eco RI: 396 Eine Schnitt- stelle  Ein Fragment Länge des Fragmentes: ??? Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp 2686 396 500 1000 28

29  Eco RI: 396 Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp
2. Teilstücke berechnen  Eco RI: 396 Eine Schnitt- stelle  Ein Fragment Länge des Fragmentes: bp Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp 2686 396 500 1000 29

30  Bgl I: 245,1813 Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp
2. Teilstücke berechnen  Bgl I: 245,1813 Zwei Schnitt- stellen  Zwei Fragmente Länge der Fragmente: Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp 2686 245 500 1813 1000 30

31  Bgl I: 245,1813 Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp
2. Teilstücke berechnen  Bgl I: 245,1813 Zwei Schnitt- stellen  Zwei Fragmente Länge der Fragmente: 1118, 1568 Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp 2686 245 500 1813 1000 31

32  Dde I:171,1081, Plasmid puc 19 Gesamtlänge 2686 bp
2. Teilstücke berechnen  Dde I:171,1081, 1490,1656, 2196, 2622 Drei Schnitt- stellen  Drei Fragmente Länge der Fragmente: 166, 235, 409, 426, 540, 910 Plasmid puc 19 2622 Gesamtlänge 2686 bp 2686 171 500 2196 1000 1656 1081 1490 32

33

34 Bakterien produzieren menschliches Insulin Eine der ersten Anwendungen der Gentechnologie
34

35 Ein Beispiel aus der Praxis: Das Insulin
Nach dem Essen: Blutzuckerspiegel Insulin wird von der Bauchspeicheldrüse hergestellt Der Zuckergehalt im Blut sinkt, da Körperzellen den Zucker durch Insulin aufnehmen und verarbeiten (Energiegewinnung) Bei fehlendem oder funktionslosem Insulin: Blutzuckerspiegel bleibt - Durst Sehstörungen - Harndrang - Infektionen - Müdigkeit - Gewichtsverlust - Kraftlosigkeit - Koma 35

36 Ein Beispiel aus der Praxis: Das Insulin
Gegen die Zuckerkrankheit gab es Anfang des 20. Jahrhunderts kein anderes Mittel als Hungern. 36

37 Ein Beispiel aus der Praxis: Das Insulin
Frederick Banting hat als erster Forscher Insulin aus den Bauchspeicheldrüsen von Hunden gewonnen 37

38 mtDNA-Experiment: Ueberblick
-Mundschleimhaut gewonnen -mitochondriale DNA (mtDNA) isoliert -Gezielt eine sehr individuelle Region der mtDNA vervielfältigt („HVR1“) -Vervielfältigte Sequenzen gelesen Analyse der Sequenzen

39 mtDNA-Experiment: Die Sequenzen

40 Die Cambridge Reference Sequence
mtDNA-Experiment: Die Cambridge Reference Sequence -Die mtDNA eines/einer Europäer/in wurde sequenziert, die Sequenz im Jahre 1981 im Fachmagazin „Nature“ publiziert -inzwischen leicht korrigiert -Jede heutige mtDNA Analyse zeigt als Resultat die Abweichungen zu dieser Cambridge Reference Sequence -Die Abweichungen sind spezifisch für bestimmte Völkergruppen

41 mtDNA-Experiment: Völkerwanderung
Zwischen 40% und 60% der Europäer (sowie auch die CRS) gehören einer Haplotyp H Subklasse an.

42 mtDNA-Experiment: Die Haplogruppen
-Verschiedene Völkergruppen unterscheiden sich also verschieden stark von der Cambridge Reference Sequence (H2b) -Die Unterschiede bestehen in verschiedenen Basen-Varianten an bestimmten Stellen in der mtDNA-Sequenz -Untersucht man alle diese Stellen, kann man aus der Kombination dieser Varianten seine „Haplogruppe“ ablesen -Unsere Analyse reicht nur für einige dieser Stellen, deshalb können wir unsere mtDNA nicht sicher einer Haplogruppe zuteilen, sondern nur ungefähr

43 mtDNA-Experiment: Sequenzunterschiede
D-Loop mit hypervariabler Region 1 (HVR1) …AGTCGTAGTCGGTAACTGA… C T mtDNA: bp

44 Sequenzanalyse in silico
mtDNA-Experiment: Sequenzanalyse in silico

45 mtDNA-Experiment: Resultate
Position Cambridge Pers. X Pers. Y Pers. Z 16278 C T 16291 16294 16296 19391 16362

46 Vergleich der eigenen Daten
mtDNA-Experiment: Vergleich der eigenen Daten -z.B. Oder

47 mtDNA-Experiment: Resultate
Position Cambridge Pers. X Pers. Y Pers. Z 16278 C T 16291 16294 16296 19391 16362 Haplogroup H? ??

48 Phylogenie - Stammbäume
48

49 49

50 ausgestorben Gibbons Orang Utan Gorilla Schimpanse Mensch 50

51 ausgestorben 24 –14 mya Heute Gibbons Orang Utan Gorilla Schimpanse
Mensch 51

52 ausgestorben 24 –14 mya Heute Gibbons Orang Utan Gorilla 20 - 18
Schimpanse 12,5 Mensch 9 - 6 8 - 5 52

53 ATTT ATTG AATA AAAA 53

54 ATTT ATTG AATA AAAA 54

55 Outgroup ATTT ATTG AATA AAAA TTTT 55

56 56

57 Verschiedene Homo - Arten
57

58 Charles Darwin 58

59 Beispiel Adaptive Radiation
Charles Darwin Vater der Evolu- tionstheorie ‘On the Origin of Species‘ 59

60 Beispiel Adaptive Radiation
Entwicklung verschiedener Schnabelformen an verschiedene Nahrungsnischen angepasst 60

61 Beispiel Adaptive Radiation
Knospen, Samen, Früchte Samen, Kerne, Früchte Blätter Insekten und Raupen 61

62 Beispiel Phylogenetik
19 11 Skabiose Drei unabhängige Verbreitungsgebiete Wo ist der Ursprung ? 8+1 Scabiosa s. str. S. columbaria. Figure 1: Simplified map of the 3 main distribution centers of Scabiosa s. str. and the number of species. 62

63 Beispiel Phylogenetik
Genmaterial sammeln Molekularer Stammbaum Eine morphologisch ‘primitivere‘ Art als Referenz Verwandtschaftsanalyse Herkunft: Europa / Naher Osten Wanderung nach Afrika und Asien (Erdgeschichte) 63

64 Skabiose 64

65 Jetzt ists etwa 20.10, Pause ca. 15min.

66 Molekulare Uhr 66

67 Great moments in evolution
67

68 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!