DNA Libraries

00:01 Willkommen zurück zu unserer zweiten Vorlesung über Biotechnologie. In dieser Vorlesung werden wir einige der Techniken, die wir in der ersten Vorlesung gelernt haben, anwenden und uns anschauen, wie DNA-Bibliotheken erstellt werden.

00:13 Zudem werden wir einige Methoden der DNA-Analyse behandeln. Schließlich werden wir uns einige Anwendungen der Biotechnologie in Medizin und Landwirtschaft ansehen. Am Ende dieser Vorlesung sollten Sie in der Lage sein, den Nutzen von DNA-Bibliotheken zu erklären und RFLP und STR beim DNA-Fingerprinting zu vergleichen.

00:35 Sie fragen sich, was das ist? Sie werden es herausfinden, wenn Sie mir folgen.

00:39 Am Ende der Vorlesung werden Sie außerdem einige Anwendungen der Biotechnologie sowohl in der Landwirtschaft als auch in der Medizin erläutern können. Beginnen wir mit den Anfängen der Genbibliotheken.

00:51 Genbibliotheken ähneln gewöhnlichen Bibliotheken. Der Unterschied ist, dass es sich um Bücherbände mit sich überschneidenden Sequenzen handelt. Es sind keine unabhängigen Bände.

01:05 In Genbibliotheken finden Sie viele Wiederholungen. Sie stellen eine Repräsentation des gesamten Genoms eines Organismus dar. Der Sinn dahinter ist, das Genom in Fragmenten zu speichern, damit wir es sequenzieren oder Gene im Genom analysieren können. Für die Speicherung dieser Fragmente in der Bibliothek nehmen wir im Grunde DNA-Fragmente aus der DNA eines Organismus und bearbeiten sie mit Restriktionsenzymen. Anschließend fügen wir sie in einen Plasmidvektor ein. Wie das funktioniert, wissen wir aus der vorigen Vorlesung.

01:43 Diese Vektoren werden von Bakterien aufgenommen, transformiert und gespeichert.

01:48 So entsteht eine schöne, übersichtliche Genbibliothek. Jedes DNA-Fragment befindet sich in einem anderen Bakterium.

01:56 Um das Genom der Fruchtfliege zu repräsentieren, benötigen wir hunderte Bakterien. Bedenken Sie, dass die DNA-Sequenzen in bakteriellen Plasmiden ziemlich klein sind. Künstliche Chromosomen werden verwendet, um größere Fragmente zu speichern. Dazu kommen wir später.

02:13 Wie erhalten wir Kopien von eukaryotischen Genen? Das ist eine gute Frage, denn wenn Sie sich an die DNA-Transkription und Translation erinnern, durch die Gene exprimiert werden, wissen Sie, dass einige Teile der DNA exprimiert werden und andere Teile nicht.

02:32 Das sind unsere Introns und Exons. Die Exons werden exprimiert. Bakterien haben aber keine Maschinerie, um die nicht exprimierten Introns herauszuschneiden. Wir müssen Bakterien also austricksen, damit sie nur die transkribierbaren Kopien der DNA aufnehmen. Wir erstellen dafür eine komplementäre DNA-Bibliothek.

02:53 Als erstes nehmen wir die eukaryotische DNA-Vorlage. Dann wird die Transkription durchgeführt.

03:02 Sie wissen inzwischen, wie das funktioniert. Dadurch erhalten wir ein primäres mRNA-Transkript, aus dem wir die Introns herausschneiden müssen. Übrig bleiben nur die exprimierten Sequenzen.

03:14 Damit haben wir eine reife messenger-RNA. Dieser messenger-RNA ist eine RNA-Sequenz, die nur für die exprimierten Teile der Proteine kodiert.

03:28 Damit die Bakterien zwar alles Notwenige aufnehmen, aber nicht mehr als das, müssen wir von dieser mRNA eine DNA-Kopie erstellen. Das ist der Punkt, an dem die komplementäre DNA ins Spiel kommt.

03:45 Dafür fügen wir ein Enzym namens reverse Transkriptase hinzu. Dieses schreibt die messenger-RNA in DNA um.

03:54 Die normale Transkriptase läuft vorwärts. Mit der reversen Transkriptase synthetisieren wir hingegen aus einem messenger-RNA-Molekül einen komplementären DNA-Strang. Wir haben nun eine einzelsträngige komplementäre DNA und müssen die messenger-RNA-Vorlage entfernen.

04:15 Durch Enzymabbau verschwindet die messnger-RNA. Nun wird die DNA-Polymerase hinzugefügt.

04:21 Das ist das Enzym, das komplementäre DNA-Stränge polymerisiert. Die DNA-Polymerase erstellt also einen komplementären Strang und wir erhalten eine doppelsträngige komplementäre DNA ohne Introns, aus der das gesamte Proteom gebildet werden kann.

04:36 Diese können wir in unserer DNA-Bibliothek speichern.