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01.08.2005 Biotechnologie und Gentechnik Grundlagen und Verfahrensweisen Quelle: BIOLAB - Baden-Württemberg.

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Präsentation zum Thema: "01.08.2005 Biotechnologie und Gentechnik Grundlagen und Verfahrensweisen Quelle: BIOLAB - Baden-Württemberg."—  Präsentation transkript:

1 Biotechnologie und Gentechnik Grundlagen und Verfahrensweisen Quelle: BIOLAB - Baden-Württemberg

2 , © Peer Millauer Was ist Biotechnologie? Was ist Gentechnik? Definition Biotechnologie: Definition Gentechnik:

3 , © Peer Millauer Vielfalt der Anwendungsgebiete

4 , © Peer Millauer Zellen, Gene, Proteine

5 , © Peer Millauer Die Arbeit im Labor

6 , © Peer Millauer Biotechnologie in der Forschung Humangenomforschung- eine Jahrhundertleistung der Wissenschaft Bereits im Februar vier Jahre früher als ursprünglich erwartet - wurde die vorläufige DNA- Sequenz des Menschen im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht. Sie umfasst demnach 3,2 Milliarden Basenpaare und enthält ca. 30,000 bis 40,000 Gene Der Stellenwert des Humangenomprojekts wird von vielen Wissenschaftlern mit der Aufstellung des Periodensystems der Elemente in der Chemie oder mit der Mondlandung verglichen. Weltweit u. a. mit Beteiligung der USA, Frankreichs, Großbritanniens und Japans im Jahre 1990 in Angriff genommen und von der Human Genome Organisation (HUGO) koordiniert. Deutschland schloss sich dem Projekt im Jahr 1995 an.

7 , © Peer Millauer Ziele der Genomforschung Genome des Menschen, verschiedener Tiere, Pflanzen und Bakterien erforschen Gesamtstruktur des Genoms und Genfunktionen bestimmen Neue Analysemethoden entwickeln Evolutionsbiologische Zusammenhänge erfassen Ethische Begleitforschung betreiben

8 , © Peer Millauer Entzifferung der Basenabfolge eines Chromosoms

9 , © Peer Millauer Gendiagnostik Genetisch bedingte Krankheitsursachen vor oder nach der Geburt erkennen Genetische Merkmale in Verbindung mit individuellen Reaktionen auf Medikamente nachweisen Individuen aufgrund genetischer Merkmale identifizieren ( z.B. in der Rechtsmedizin ) Ziele

10 , © Peer Millauer Gendiagnostik Funktionsweisen

11 , © Peer Millauer Gendiagnostik Anwendungsgebiete Vorgeburtlicher Nachweis von Erbleiden Nachgeburtlicher Nachweis: Vorhersage von Krebs oder Erbleiden Nachweis genetischer Faktoren für individuelle Reaktionen auf Medikamente (Pharmakogenetik) Test auf Gewebeverträglichkeit (Transplantationsmedizin) Vaterschaftsnachweise, Rechtsmedizin (genetischer Fingerabdruck)

12 , © Peer Millauer Humangenetische Testverfahren Krankheitsursachen werden schnell und präzise erkannt durch Genom und/oder DNA – Analyse auf dem pränatalen oder postnatalen Weg. Beratungen über die Verfahrensweisen gibt es beim Arzt oder den Beratungsstellen der Universitäten Gendiagnostik

13 , © Peer Millauer Gendefekte beim Menschen

14 , © Peer Millauer Das Karyogramm des Menschen

15 , © Peer Millauer Pro und Contra Gendiagnostik

16 , © Peer Millauer Ziele Pharmakogenetik Neue Wirk- und Impfstoffe finden und verfügbar machen Wirksamkeit und Verträglichkeit steigern Arzneimittel umweltfreundlicher und mit weniger Aufwand herstellen

17 , © Peer Millauer Beispiele gentechnisch produzierter Arzneimittel Pharmakogenetik Erythroprotein (EPO): Blutarmut, Doping Humaninsulin: Zuckerkrankheit Interferon: Virus- und Krebstherapie Hepatitis B – Antigen: Vorbeugung gegen Hepatitis

18 , © Peer Millauer Verfahrensweisen Pharmakogenetik Gene für Eiweißstoffe, aus denen die Arzneimittel gewonnen werden, werden in Bakterien oder höhere Zellen übertragen, die diese dann in größeren Massen produzieren

19 , © Peer Millauer Verfahrensweisen Pharmakogenetik

20 , © Peer Millauer Pharmakogenetik Diskussion Pro Neue Behandlungsstrategien Bessere Verfügbarkeit Vermindertes Infektionsrisiko Höhere Wirksamkeit Geingere Nebenwirkungen Umweltfreundlichere und wirtschaftlichere Herstellung Contra Verdrängung alternativer Behandlungswege Missbrauch rekombinanter Hormone (z.B. EPO) im Leistungssport

21 , © Peer Millauer Methoden Gentherapie 1)Somatische Gentherapie 2)Keimbahn - Gentherapie Ad 1) : Erlaubt, weil nur Körperzellen therapiert werden, nicht vererbbar. Ad 2) : Verboten, weil Ei und Samenzellen therapiert werden, vererbbar!

22 , © Peer Millauer Ziele Gentherapie Heilung von Krankheiten und Veränderung von Eigenschaften auf genetischer Ebene, d.h. durch Einpflanzen von oder Manipulation des genetischen Materials eines Menschen

23 , © Peer Millauer Gentherapie Funktionsweisen

24 , © Peer Millauer Anwendungsgebiete Gentherapie Behandlung von Krebs, Infektionskrankheiten, Herz – Kreislauferkrankungen, Erbleiden, etc.

25 , © Peer Millauer Gentherapie Diskussion Pro Ursächliche Behandlung bislang unheilbarer Krankheiten Eröffnung neuer Behandlungswege Überprüfung der Risiken und Wirksamkeit bestimmter Behandlungsformen Contra Zeitlich begrenzte Wirkung oder ausbleibender Erfolg Ungezielter Einbau in das Erbgut kann Krebs zur Folge haben Schwere Unverträglichkeitsreaktionen gegen Übertragungsvehikel Gefahr der Anwendung auf menschliche Keimzellen (Keimbahntherapie)

26 , © Peer Millauer Definition Stammzellforschung Ziele

27 , © Peer Millauer Funktion Stammzellforschung Anwendung

28 , © Peer Millauer Stammzellforschung

29 , © Peer Millauer Stammzellforschung Diskussion Pro Erkenntnisgewinn über grundlegende biologische Prozesse. Stammzellen als Testsystem für die Entwicklung neuer Medikamente. Neue Perspektiven für die Heilung beschädigter und erkrankter Organe. Contra Ethische Probleme der Erzeugung von Embryonen allein zu Forschungszwecken. Ergebnisse können technische Möglichkeiten des Klonens des Menschen und genetische Eingriffe in die Keimbahn erweitern.

30 , © Peer Millauer Definition Tissue Engineering Ziele T.E.=Gewebekonstruktion, d.h. die Kultur und Vermehrung von Zellen und Geweben von Mensch und Tier außerhalb des Körpers. Neue Perspektiven für die Transplantationsmedizin

31 , © Peer Millauer Tissue Engineering Funktionsweisen

32 , © Peer Millauer Tissue Engineering

33 , © Peer Millauer Tissue Engineering Diskussion Pro Besser Übertragbarkeit von Ergebnissen der Grundlagenforschung auf die Situation im menschlichen Organismus Übertragung von Eigengewebe umgeht Problem des Spenderorganmangels Keine Abstoßung von Transplantaten Ersatz für Tierversuche Contra Ethische Risiken des Einsatzes embryonaler Stammzellen für die Züchtung von Geweben und Organen

34 , © Peer Millauer Definition Xenotransplantation Verfahren Einsatz tierischer Organe für die Transplantationsmedizin, insbesondere das Hausschwein kommt als Organspender in Betracht Züchtung von transgenen Schweinen deren Zelloberflächen best. Organe einen menschlichen Eiweißstoff enthalten. Nach Transplantationen in Menschenaffen blieb eine Abstoßungsreaktion aus.

35 , © Peer Millauer Risiken Xenotransplantation Ungewolltes Einschleusen von tierischen Krankheitserregern, z.B. Retroviren. Gefahr der Durchbrechung der Artenbarriere dieser Viren! Berüchtigtes Beispiel: Das AIDS – Virus aktuelle Gefahr: Das Vogelgrippenvirus in Asien

36 , © Peer Millauer Hypothetisches Beispiel Xenotransplantation

37 , © Peer Millauer Ziele Pflanzenzüchtung Ertragssteigerung Höhere Widerstandsfähigkeit Qualitätsverbesserung Kurze Generationszeit

38 , © Peer Millauer Methoden Pflanzenzüchtung Kombinationszüchtung (das Kombinieren von positiven Eigenschaften durch Kreuzung) Mutationszüchtung (das Hervorrufen gewollter Mutationen durch Chemikalien oder Strahlung und deren Weitervererbung)

39 , © Peer Millauer Methodenbeispiel Pflanzenzüchtung

40 , © Peer Millauer Die Herstellung transgener Pflanzen Biotechnologische Methoden in der Pflanzenzüchtung 3 mögliche Verfahrensweisen zur Einbringung von Genen in Pflanzen: Über Plasmide (Agrobacterium tumefaciens) Über eine Partikelkanone Über Injektion in Protoplasten

41 , © Peer Millauer Biotechnologische Methoden in der Pflanzenzüchtung

42 , © Peer Millauer Ziele Biotechnologische Methoden in der Pflanzenzüchtung Virusresistenz Pilzresistenz Insektenresistenz (Beispiel: Bt – Toxin) Herbizidtoleranz Qualitätssteigerung ( angereicherter Reis ) Rohstoff für die Energieversorgung (Rapsöl)

43 , © Peer Millauer Sicherheitsaspekte Biotechnologische Methoden in der Pflanzenzüchtung

44 , © Peer Millauer Anbaustatistik Biotechnologische Methoden in der Pflanzenzüchtung

45 , © Peer Millauer Transgene Pflanzen Diskussion

46 , © Peer Millauer Reproduktionstechniken Biotechnologische Methoden in der Tierzüchtung Künstliche Besamung (Einführen des Spermas in das weibliche Tier) In – vitro – Befruchtung (Befruchtung außerhalb des Körpers) Superovulation (Stimulierung einer hohen Zahl von Eizellen) Ammentiere (Austragen in Leihmuttertieren) Klonierung ( Embryosplitting oder Kerntransfer)

47 , © Peer Millauer Klonierung durch Kerntransfer Biotechnologische Methoden in der Tierzüchtung Bestätigung dieser Methode auch an anderen Tieren: Rind, Ziege, Maus, Schwein. Jedoch für Tierzucht wenig effektiv, da nur jedes 250 Tier lebensfähig ist.

48 , © Peer Millauer Transgene Tiere Biotechnologische Methoden in der Tierzüchtung Mikroinjektion von Genen in die befruchtete Eizelle Methode möglich, jedoch wenig effektiv: Nur 0,75 % aller Zygoten entwickeln sich zum lebensfähigen Tier (Beispiel : Rind) Die Kosten sind enorm: Die Herstellung eines transgenen Rindes kostet zwischen 0,5 und 1 Mio US – Dollar. Info: Transgene LachseTransgene Lachse


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