Gentechnik

Das Insulin, das Millionen Menschen mit Diabetes spritzen, das Labferment in vielen Käsesorten, ein PCR-Test beim Arzt oder ein DNA-Profil vom Tatort: Hinter all dem stecken Methoden der Gentechnik. Hier bekommst du den Überblick – über die Werkzeuge, die Anwendungsfelder und die Regeln.

Was ist Gentechnik? Definition

Gentechnik umfasst alle Methoden, mit denen man Erbinformation (DNA) gezielt isoliert, untersucht, verändert und in andere Zellen oder Lebewesen überträgt. Das funktioniert, weil der genetische Code bei fast allen Lebewesen gleich ist: Ein menschliches Gen kann von einem Bakterium abgelesen werden und dort dasselbe Protein entstehen lassen.

Statt Gentechnik sagt man auch Gentechnologie. Umgangssprachlich ist oft von Genmanipulation oder Genveränderung die Rede; Fachleute sprechen meist von einer „gentechnischen Veränderung“, weil „Manipulation“ wertend klingt.

Bei der klassischen Züchtung kreuzt man Lebewesen und wählt die Nachkommen mit den gewünschten Merkmalen aus. Dabei werden immer tausende Gene neu gemischt, und es lassen sich nur Lebewesen kreuzen, die eng verwandt sind. Die Gentechnik greift dagegen gezielt an einzelnen Genen an – und kann Gene sogar über Artgrenzen hinweg übertragen.

Das deutsche Gentechnikgesetz definiert einen gentechnisch veränderten Organismus (GVO) als Lebewesen, dessen Erbgut so verändert wurde, wie es unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche Rekombination nicht vorkommt. Als erster GVO gilt ein Bakterium, in das Stanley Cohen und Herbert Boyer 1973 ein neu zusammengesetztes Plasmid mit einer Antibiotikaresistenz einbrachten. Wie viele Produkte des Alltags längst auf solchen Verfahren beruhen, zeigt die Seite Gentechnik im Alltag.

Methoden der Gentechnik: der Werkzeugkasten

Fast alle gentechnischen Verfahren nutzen eine Handvoll Werkzeuge, die meist aus Bakterien oder Viren stammen:

Ein Beispiel für ein Restriktionsenzym ist EcoRI aus dem Darmbakterium E. coli. Es erkennt die Sequenz GAATTC und schneidet zwischen G und A (senkrechter Strich). Der Gegenstrang lautet in seiner eigenen Leserichtung (5’→3′) ebenfalls GAATTC und wird genauso geschnitten. Die Schnitte liegen deshalb versetzt, und an beiden Enden entstehen kurze, einzelsträngige Überhänge (AATT):

5′-…G|AATTC…-3′
3′-…CTTAA|G…-5′

Schneidet man Spender-DNA und Plasmid mit demselben Enzym, passen die Überhänge zueinander wie Puzzleteile. Das ist der Trick, mit dem Gene „umgesteckt“ werden. Wie das genau abläuft, zeigt Abb. 1. Wie die PCR, die Gelelektrophorese und die Sequenzierung in der Praxis zusammenspielen, erfährst du beim genetischen Fingerabdruck, die moderne Genschere auf der Seite CRISPR/Cas9.

Nicht jedes Bakterium nimmt das Plasmid auf – meist nur ein kleiner Teil. Deshalb ist der Schritt des Auslesens so wichtig: Das Resistenzgen auf dem Plasmid dient als Markierung. Auf einem Nährboden mit dem passenden Antibiotikum sterben alle Bakterien ohne Plasmid ab. Aus den überlebenden Kolonien werden die richtigen Klone ausgewählt und im großen Maßstab vermehrt. So wird zum Beispiel Insulin aus Bakterien gewonnen.

Arten der Gentechnik: die Farben

Um die vielen Anwendungen zu ordnen, spricht man von „Farben“. Die Begriffe sind keine streng festgelegten Fachbegriffe, werden aber in Schule, Medien und Politik viel genutzt – oft auch als rote, grüne oder weiße Biotechnologie.

Gesellschaftlich werden die Farben sehr unterschiedlich bewertet: Rote Gentechnik ist in Deutschland weitgehend akzeptiert, grüne Gentechnik dagegen seit Jahrzehnten umstritten. Argumente dazu findest du unter Pro und Contra zur Gentechnik.

Wie funktioniert Gentechnik bei Tieren?

Damit ein Tier eine genetische Veränderung in allen Zellen trägt und an seine Nachkommen weitergibt, muss sie ganz am Anfang der Entwicklung entstehen. Drei Wege sind wichtig:

1. MikroinjektionMit einer haarfeinen Glaskanüle wird DNA in einen Zellkern (Vorkern) einer frisch befruchteten Eizelle gespritzt. Das Gen baut sich an einer zufälligen Stelle ins Erbgut ein – allerdings nur bei einem kleinen Teil der Embryonen. 1982 entstanden so Mäuse mit einem zusätzlichen Wachstumshormon-Gen der Ratte, die deutlich größer wurden als ihre Geschwister.
2. CRISPR/Cas9 im EmbryoDie Genschere wird in die befruchtete Eizelle gebracht und verändert ein Gen gezielt an einer bestimmten Stelle, zum Beispiel um es auszuschalten. Das ist einfacher und genauer als die Mikroinjektion eines ganzen Gens. Schneidet die Schere aber erst nach der ersten Zellteilung, tragen nicht alle Zellen dieselbe Veränderung (Mosaik).
3. Veränderte Zellen klonenMan verändert zuerst Zellen in der Kulturschale, prüft sie und erzeugt dann per Zellkerntransfer ein Tier mit genau dieser Veränderung. So entstand 1997 das Schaf Polly mit einem menschlichen Gen für einen Blutgerinnungsfaktor.

Am häufigsten wird Gentechnik bei Tieren in der Forschung eingesetzt: Gentechnisch veränderte Mäuse dienen als Modelle für Krankheiten. Daneben geht es um Tiere, die Arzneistoffe bilden, und um Nutztiere, die widerstandsfähiger gegen Krankheiten sein sollen. Argumente dafür und dagegen findest du unter Gentechnik bei Tieren: Pro und Contra, die Gefahren unter Risiken der Gentechnik. Welche Tiere auf diesem Weg entstanden sind und wozu, zeigt die Seite über transgene Tiere.

Wer regelt Gentechnik?

Weil gentechnisch veränderte Organismen sich vermehren und verbreiten können, ist ihr Einsatz streng geregelt:

• Gentechnikgesetz (GenTG, seit 1990): Es soll Mensch und Umwelt schützen und zugleich Forschung ermöglichen. Gentechnische Arbeiten im Labor werden in vier Sicherheitsstufen (S1 bis S4) eingeteilt – von „kein Risiko“ bis „hohes Risiko“. Jede Stufe hat eigene Schutzmaßnahmen.
• EU-Recht: Freisetzung und Anbau von GVO brauchen eine Zulassung mit Risikobewertung. Lebensmittel mit mehr als 0,9 % GVO-Anteil je Zutat müssen gekennzeichnet werden. Für mit neuen genomischen Techniken (z. B. CRISPR) veränderte Pflanzen gilt ab Juli 2028 die neue NGT-Verordnung.
• Beim Menschen: Das Embryonenschutzgesetz verbietet in Deutschland Eingriffe in die Keimbahn und das Klonen von Menschen. Das Gendiagnostikgesetz regelt Gentests.

Alle Kapitel der Gentechnik

Fachbegriffe

Gentechnik

Methoden, mit denen Erbinformation gezielt isoliert, verändert und auf andere Zellen oder Lebewesen übertragen wird.

GVO

Gentechnisch veränderter Organismus: Lebewesen mit einem Erbgut, das so in der Natur nicht entstehen würde.

Restriktionsenzym

Enzym aus Bakterien, das DNA an einer bestimmten Erkennungssequenz schneidet.

Ligase

Enzym, das DNA-Stücke miteinander verknüpft.

Plasmid

Kleiner DNA-Ring in Bakterien; wird als Vektor (Gen-Transporter) genutzt.

Rekombinante DNA

Im Labor neu zusammengesetzte DNA aus Stücken unterschiedlicher Herkunft.

Transformation

Aufnahme fremder DNA (z. B. eines Plasmids) durch eine Bakterienzelle.

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