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Lactosefreie Milch - vom Plasmid zum biotechnologischen Endprodukt

Allgemeine Informationen zum Experimentierkonzept: Vom Plasmid zum biotechnologischen Endprodukt

Experimente rund um das Enzym Lactase
Das Experimentierkonzept „Lactosefreie Milch- vom Plasmid zum biotechnologischen Endprodukt“ zeigt, welche Stufen durchlaufen werden müssen um ein rekombinantes Protein herzustellen und dieses zur Produktion eines Produkts wie z.B. lactosefreie Milch einzusetzen. Das Experimentierkonzept rund um die ß-Galactosidase (Lactase) besteht aus 8 Modulen, die in ihrer Gesamtheit den ganzen Weg vom Plasmid …

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Modul 1: Transformation

Herstellen eines gentechnisch veränderten Organismus
Gentechnisch veränderte Organismen spielen in vielen Forschungsbreichen, in der Lebensmittelmittelindustrie, Medizin sowie im Agrarbereich mittlerweile gleichermaßen eine Rolle. Aber wie werden transgene Organismen überhaupt hergestellt? In diesem Experiment wird das Plasmid, welches ein ß-Galactosidasegen trägt, in das Bakterium E. coli transformiert und der Erfolg der Transformation durch Selektion mittels eines Antibiotikums …

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Modul 2A: Analyse von Plasmiden I

Plasmid-Minipräparation mit Restriktionsverdau
Plasmide sind ringfömige DNA-Moleküle, die vor allem in Bakterien vorkommen. Sie wurden entdeckt als man die Ursache für die schnelle Verbreitung von Antibiotikaresistenzen suchte, und herausfand, dass Gene, die die Resistenzen verursachen, auf Plasmiden zu finden waren. Mit Hilfe von Restriktionsenzymen und Ligase werden heute beliebige DNA-Stücke nach Wunsch zu neuen …

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Modul 2B: Analyse von Plasmiden II

PCR in der Wissenschaft
Die PCR als eine der wichtigsten Methoden der Molekularbiologie wird in der Wissenschaft häufig eingesetzt um Gene für eine Klonierung zu vervielfältigen, um beispielsweise Knockout-Mutanten zu identifizieren, aber auch um zu bestimmen, ob bei einer Klonierung ein Gen in der richtigen Orientierung in ein Plasmid eingebaut wurde. In diesem Kurs wird …

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Modul 3: Induktion der Genexpression

"Anschalten" der Proteinbiosynthese
In diesem Modul findet die Produktion des rekombinanten Proteins über einen speziellen Überexpressionsmechanismus in E. coli statt. Hinweis: Die praktischen Arbeitsschritte sind relativ einfach ausführbar, die Theorie erfordert jedoch fundierte Kenntnisse im Breich der Molekularbiologie. Zusätzlich entstehen bei diesem Modul große Wartezeiten. Im Rahmen einer Berufschulausbildung im biologischen Breich sowie in …

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Modul 4: Isolierung rekombinanter Proteine

Affinitätschromatographie
Rekombinante Proteine finden vielfache Anwendungen in der Medizin und in der Nahrungsmittelherstellung. Derzeit sind in Deutschland rund 80 rekombinante Arzneimittel mit 52 verschiedenen Wirkstoffen zugelassen. Innerhalb Europas ist Deutschland damit der größte Absatzmarkt für biotechnologisch hergestellte Medikamente wie Insulin, Blutgerinnungsfaktoren und Thrombolytika, die bei Herzinfarkten Leben retten können. In der Nahrungsmittelindustrie …

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Modul 5 (Alternative): Nachweis von Proteinen - Der “Coomassie-Schnelltest”

Ein sehr einfacher semiquantitativer Proteinnachweis
Bei dem “Coomassie-Schnelltest” handelt es sich um einen methodisch sehr einfachen und schnell durchführbaren Proteinnachweis. Daher ist dieser Versuch auch hervorragend für die Mittelstufe geeignet. Grundlage des Versuchs ist es, dass sich der Farbstoff Coomassie an (basische) Aminosäuren anlagert und so Proteinanteile in einer Probe sichtbar machen kann. Dieser Test kann …

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Modul 5: Analyse von Proteinen I – SDS-PAGE

Bei der SDS-PAGE (SDS-Polyacrylamidgelelektrophorese) handelt es sich um eine denaturierende Gelelektrophorese, bei der Proteine der Größe nach aufgetrennt werden. Auf diese Weise können wir überprüfen, wie „sauber“ unser gewünschtes Protein – die ß-Galactosidase – durch die Affinitätschromatographie (siehe “Isolierung rekombinanter Proteine”) von den anderen Zellbestandteilen abgetrennt worden ist. Themen, die in …

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Modul 6: Analyse von Proteinen II - Western-Blot

Western-Blot und immunologischer Nachweis
Mit Hilfe des Western-Blots kann das gesuchte Protein, z.B. ß-Galactosidase, spezifisch nachgewiesen werden. Dazu werden elektrophoretisch aufgetrennte Proteine eine Trägermembran übertragen und immunologisch, d.h. mit Hilfe von Antikörpern, nachgewiesen. Themen, die in Zusammenhang mit diesem Experiment im Unterricht bearbeitet werden können: Aufbau von Antikörpern; Antigen-Antikörperreaktion; Funktionen von Antikörper im Organismus, in …

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Modul 7A: Enzymreaktionen - Herstellen lactosefreier Milch

Herstellen lactosefreier Milch
In der Biotechnologie werden unter anderem auch Nahrungsmittel aufbereitet, um sie genießbarer oder besser verträglich zu machen, z.B. für Personen mit Laktoseintoleranz (Milchzuckerunverträglichkeit). Diese Unverträglichkeit beruht auf dem Fehlen eines Enzyms, das Milchzucker spaltet. Betroffene Personen dürfen deshalb keine Produkte zu sich nehmen, die Laktose enthalten. Wird dieser Zucker jedoch vor …

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