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Frage gestellt von Anne.S an Wiebke, Ramona, Jasper, Christine am 5 Mai 2021. Diese Frage wurde auch von EmilL gestellt.
Frage: Wie muss man sich das Erforschen von Genen vorstellen? Werden hierfür gezielt Sequenzen aktiviert bzw. ausgeschalten, um den Einfluss auf die Zelle/ den Organismus zu sehen und welche Verfahren werden dafür verwendet?
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anon Beantwortet am 17 Mrz 2021: last edited 17 Mrz 2021 12:31 pm
Eine SEHR komplizierte Frage, die man leider so nicht beantworten kann. Grund: Es gibt Fragen für die man einen „Plan“ angeben kann: Wie baut man ein Haus? Naja … Grundstück aussuchen und kaufen, Größe festlegen, einen Architekten planen lassen, Finanzierung planen und angehen, Firmen beauftragen. Aber die Frage „Wie macht man eine Ausbildung?“ kann man so nicht beantworten, denn das ist für verschiedene Berufe SEHR unterschiedlich. Im cDNA-Humangenomprojekt haben wir es so gemacht: Jede Zelle aktiviert Gene und transkribiert sie, schreibt sie also um in mRNA. Die haben wir aus Zellen isoliert, in cDNA umgeschrieben und kloniert. Diese Klone haben wir dann zu hunderttausenden ansequenziet (also die ersten 100 bis 300 Basen gelesen). Die Bioinformatische Abteilung hat dann geschaut, welche dieser Sequenzen bislang noch unbekannt waren, dann haben wir davon die komplette cDNA sequenziert. Damit waren menschliche Gene gefunden, die bislang noch unbekannt waren – freilich erstmal ohne dass wir wussten, wofür die gut sind. Das war dann die Aufgabe späterer Projektphasen.
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Christine Römer Beantwortet am 17 Mrz 2021:
Hey Anne.S!
Ich stimme Andreas zu, dass es eine komplexe Frage ist. Aber du bist auf dem richtigen Weg, Gene anzuschalten (wie mit Überexpression oder Knock-in) und auszuschalten (Knock-out, Knock-down) wären die Standardansätze im Labor. Mit dem CRISPR-Cas-System ist das mittlerweile auch eine gewöhnliche Methode. Damit kannst du den Gen markieren, zum Beispiel mit Fluoreszenzreportern. Das sind leuchtende Farben (meist grün oder rot), die man dann unter dem Mikroskop sehen kann. Manchmal, wenn ein Gen so wichtig ist (z.B. für das Überleben der Zelle), kann man es nur für kurze Zeit (transient) an- und ausschalten. Man kann ein Gen auch studieren, indem man die Aktivierungs- und Stoppmarkierungen, die das interessierende Gen steuern, verändert. Dann würde man mit nachgeschalteten Anwendungen fortfahren, je nachdem, was die Forschungsfrage ist. Für einen allgemeinen Überblick ist eine Sequenzierung (davon gibt es viele Arten) meistens sinnvoll. So kann man sehen, welche anderen Gene irgendwie von der Expression des untersuchten Gens abhängig sind. Man könnte diese (veränderten) Zellen auch differenzieren oder Organoide erzeugen und beobachten, was mit den anders gefärbten Zellen passiert. Wenn du sehen willst, welches Protein diesen Gen herstellt, kannst du die Zellen z.B. aufbrechen und Ihr Protein herausholen, um es weiter zu untersuchen. -
Wiebke Sickel Beantwortet am 19 Mrz 2021:
Hallo Anne, in der Populationsgenetik kommt noch ein weiterer Aspekt hinzu: Hier sucht man nach Punktmutationen überall in der DNA – also wo normalerweise ein G (Guanin) wäre, kommt plötzlich ein A (Adenin) vor – fiktives Beispiel. Wie oft solche Mutationen dann in einer bestimmten Population auftauchen und auf welchen Genen sie sich befinden, kann Auskuft über frühere oder aktuell laufende Anpassungsprozesse geben.
Kommentare
Kimberly commented on :
Hallo Anne, dem noch hinzuzufügen ist, dass du Recht damit hast, dass ganz oft in der Grundlagenforschung ein Gen ausgeschaltet oder heruntergefahren wird, um zu schauen, was die Funktion eigentlich ist. Das nennt man dann „Kock-Out“ oder Knockdown.
Eva commented on :
Hallo! Manchmal fügt man aus einen sogenannten Reporter in die Genesquenz ein, dann sieht man, in welchen Zellen genau das Gen aktiv ist. In dem Fall leuchten z.B. die Zellen. Dafür benutzt man oft Gene aus Glühwürmchen. Auf eine ganz ähnliche Art funktioniert auch das sogenannte „lineage tracing“ – damit kann man erforschen, welche Zellen aus bestimmten Vorläuferzellen entstehen. Man „färbt“ die Vorläuferzelle und wartet eine gewisse Zeit, und alle Zellen die dann gefärbt sind, sind aus dieser Vorläuferzelle hervorgegangen.
Eva commented on :
„fügt man auch“
Eva commented on :
Eva commented on :
Das Bild oben habe ich gemacht – es zeigt ein sogenanntes Darmorganoid. Das sind Organ-ähnliche Zellstrukturen, die man in einer Art Gel (etwas weicher als Gummibärchen) wachsen lässt. Dadurch wachen die Zellen nicht flach (2 dimensional) wie bei den meisten Zellkulturen, sondern 3 dimensional. Da wo die grünen Flecken sind, sitzen die Stammzellen. Das Gen Lgr5 ist nur in Stammzellen aktiv, und wenn dieses Gen abgelesen wird, produzieren die Zellen auch das „green fluorescent protein“ – das ist ein Farbstoff, der aus leuchtenden Quallen stammt.
Eva commented on :
Damit lässt sich dann erforschen, was alles einen Einfluss auf die Stammzellen im Darm hat – z.B. kann man verschiedene Substanzen in das Nährmedium der Organoide geben und kontrollieren, ob mehr oder weniger Zellen leuchten.