Warum Wissenschaftler GMOs im Labor brauchen

Foto: Stockvault

Genetisch Modifizierte Organismen (GMOs) sind wichtige Instrumente, mit denen Wissenschaftler die Grundlagen des Lebens erforschen können. Das so erlangte Wissen, ist die Basis für Anwendungen, die jedem nützen können. Von der Heilung bestimmter Krankheiten, zur Stillung des Welthungers. Alles braucht erstmal ein Fundament aus Wissen. Die GMOs werden dazu für die Nutzung im Labor hergestellt, aber die Erkenntnisse, die mit ihnen gewonnen werden, sind wertvoll für jeden.

Was sind genetisch modifizierte Organismen und warum brauchen Wissenschaftler sie?

Genetisch kommt von dem Wort Genom, mit diesem meint man die DNA eines Lebewesens, beziehungsweise Organismus. Die DNA wiederum ist wie der Bauplan des Lebens. Dieser enthält alle Informationen, die benötigt werden, um Zellen zu bauen und ihnen zu helfen, die ihnen vorgesehenen Funktionen auszuführen. Um das Leben selbst und die Entwicklung von Organismen zu verstehen, können Wissenschaftler ihren genetischen Bauplan verändern. Sie können GMOs entwickeln und dann testen, wie sich das Aussehen oder Verhalten des Lebewesens ändert, wenn die DNA verändert ist. Dabei können selbst Änderungen mikroskopischen Ausmaßes entdeckt werden.

Wie können Wissenschaftler GMOs herstellen und wie nutzen sie diese für Experimente?

Das Herstellen von GMOs folgt bestimmten Prinzipien, unabhängig von der Art des Organismus, der verändert wird. Wissenschaftler können im Labor die DNA eines Lebewesens entnehmen. Dann können wir Änderungen daran vornehmen und die neue genetische Information wieder zurück in das Geschöpf geben. Danach können wir beobachten, ob Veränderungen auftreten. Da ich mit Pflanzen arbeite, habe ich sie als Beispiel genommen, um den Prozess im Detail zu erklären.

Infografik von Katrin Heidemeyer

Ich erforsche die Funktion von so genannten Transkriptionsfaktoren in Pflanzen. Transkriptionsfaktoren (TF) sind Proteine, die individuellen Zellen helfen den für sie wichtigen Teil des genetischen Bauplans zu lesen. Denn, jede Zelle hat die gleiche DNA, braucht aber nur einen kleinen Teil der zur Verfügung stehenden Informationen, um ihren Tätigkeiten nachzugehen. Die TF sind wie Architekten auf einer Baustelle, die den Bauplan lesen können. Sie geben dann den Handwerkern Anweisungen darüber, wann sie was zu tun haben. Diese Funktion haben TF in allen möglichen Organismen, auch in Menschen. Es gibt dabei viele verschiedene, die sich auf ein bestimmtes Gebiet spezialisiert haben. Aber für die Proteine, die ich erforsche, wissen wir noch nicht, welchen Teil der DNA sie lesen können. Also wissen wir auch nicht, für welche Prozesse sie benötigt werden. Das möchte ich aber herausfinden und dafür brauche ich GMOs. Unter anderem kann ich bewirken, dass die TF in den Zellen leuchten. Dadurch kann ich unter dem Mikroskop sehen, in welchem Teil der Pflanze sie zu finden sind.  Damit weiß ich auch, wo sie benötigt werden. Mit diesen Informationen habe ich quasi ein Puzzlestück gewonnen. Doch ich brauche noch viel mehr, um herauszufinden, worin sich meine Transkriptionsfaktoren spezialisiert haben.

Wie funktioniert der Prozess im Detail?

Um einen GMO zu entwickeln, kann ich zunächst die DNA aus einer Pflanze herauslösen. Dabei ist es egal aus welchem Teil der Pflanze. Ein kleines Stück eines Blatts oder einer Wurzel genügt. Denn jede Zelle enthält ja die gleiche DNA. Um an diese heranzukommen, behandle ich das Pflanzenstück mit einigen Chemikalien. Diese zerstören die Zellen und trennen die DNA von anderen Bestandteilen ab. Mit Hilfe von Enzymen kann ich dann nochmal einen ganz bestimmten Teil des Bauplanes herauslösen. Nämlich das Gen, also die Information den für den Aufbau der Transkriptionsfaktoren, die ich erforsche. In einem weiteren Schritt kann ich daran dann ein anderes Stück DNA anbringen. Damit kreiere ich ein so genanntes Fusionsprotein. Dieses wird aus dem TF mit einem Protein bestehen, welches in den Zellen leuchtet. Aber erstmal, muss die DNA zurück in die Pflanze. Dort werden genau die Zellen leuchten, in denen der TF zu finden ist, und somit, wo er gebraucht wird. Somit weiß ich, wo dieser Zellen-Architekt gebraucht wird, damit die Pflanze sich gesund entwickeln kann.

Wie sieht so ein leuchtender Transkriptionsfaktor aus?

Sehr viel Forschungsarbeit ist meiner Eigenen vorausgegangen. Nur deshalb kann ich alle diese faszinierenden Techniken benutzen. Andere Wissenschaftler auf der ganzen Welt können ebenfalls davon Gebrauch machen, egal ob in Bakterien, Pflanzen oder Säugetieren. Somit kann wertvolles Grundlagenwissen über das Leben geschaffen werden.

Hier ist ein mit dem Mikroskop aufgenommenes Bild einer Pflanzenwurzel. Die einzelnen Zellen wurden mit einem roten Farbstoff sichtbar gemacht. Die gelben Punkte sind die leuchtenden Transkriptionsfaktoren. Die Form kommt daher, dass die Proteine im Nukleus zu finden sind, welcher rund ist. Dank anderer Forschungsergebnisse weiß ich, welche Zellen der Wurzel welche Funktion haben. Manche sind für das Wachstum in die Tiefe verantwortlich, manche zum Schutz und andere transportieren Wasser und Nährstoffe in den oberen Teil der Pflanze. Ich kann also identifizieren, in welchen Zelltypen das gelbe Signal zu finden ist. In diesem Fall kommt es in den Zellen vor, die die Wurzel schützen. Also könnten die TF für den Schutz der Pflanze wichtig sein.

Nun kann ich noch weitere Folgeexperimente durchführen und zum Beispiel herausfinden, welchen Teil der DNA die Transkriptionsfaktoren kontrollieren. Ich schaffe damit weitere Grundlagen des Wissens. Andere können dieses dann nutzen, um daraus Anwendungen zu konzipieren. Denn es ist immer erst eine Grundlage nötig, um etwas großartiges zu erschaffen. So wie auch ich die Techniken benötige, die andere Wissenschaftler erdacht haben. So könnte meine Arbeit eines Tages dazu beitragen Pflanzen zu helfen, Trockenheit besser zu verkraften. Oder dafür sorgen, dass andere Wissenschaftler neue Techniken entwickeln können. Diese könnten dann wiederum das Potential erhöhen, neue Anwendungen zu finden. Somit könnte dann jeder von dieser Grundlage des Wissens profitieren.   


Published by Katrin Heidemeyer

Katrin Heidemeyer ist Doktorandin im Bereich Biochemie an der Wageningen University and Research. Durch ihre Arbeit möchte sie das Wissen über die Spezifität von Hormon-Signalen in Pflanzen erweitern. Da ihre Interessen über Pflanzenbiologie hinausreichen, schreibt sie in ihrer Freizeit über diverse Themen. Von Ernährung zu Psychologie, der Neugierde sind keine Grenzen gesetzt.

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