Die gentechnische Herstellung von Proteinen ist seit gut 40 Jahren möglich. Viele Medikamente und Enzyme werden so produziert. Dabei nutzt man aus, dass die DNA das Erbmaterial in allen Lebewesen ist. Eines der ersten auf diese Weise hergestellte Medikament war Insulin. Im BiOfunk betrachten wir die Grundlagen der Gentechnik am Beispiel der Herstellung von Insulin.
Bis vor 100 Jahren war die Zuckerkrankheit Diabetes mellitus tödlich. In den 1920er Jahren wurde die Ursache dieser Krankheit aufgeklärt. Ein Mangel des Hormons Insulin, das bei gesunden Menschen in der Bauchspeicheldrüse hergestellt wird (Abb. 1). Die Therapie ist zum Glück denkbar einfach: Man führt das Insulin von außen zu. Damit kann man die Krankheit zwar nicht heilen, aber Menschen mit Diabetes sind dennoch in der Lage, ein normales Leben zu führen. Doch woher kommt das Insulin? Lange Zeit gewann man es aus den Bauchspeicheldrüsen von Schweinen und Rindern. 1978 wurde erstmals Insulin in Bakterien hergestellt, 1982 wurde es schließlich als Medikament zugelassen. Mit großen Vorteilen: Es war mit dem menschlichen Hormon identisch und hatte deshalb eine höhere Wirksamkeit.
Abb. 1: Struktur des Peptidhormons Insulin
Folgende Werkzeuge braucht man für das gentechnische Verfahren: den Proteinbauplan, also das Gen, ein Plasmid, zwei Enzyme und Bakterien. Das fremde Gen wird isoliert und mit einem Restriktionsenzym geschnitten. Mit dem gleichen Restriktionsenzym schneidet man das Plasmid aus. Das Gen wird mit der Plasmid-DNA verbunden (Abb. 2). Als Kleber wirkt das Enzym Ligase. Der so entstandene DNA-Ring wird ins Bakterium übertragen und das Bakterium liest das fremde Gen ab und stellt das Protein her. Wenn alles gut läuft. Durch dieses Verfahren kann theoretisch jedes beliebige Protein in einem Bakterium oder in anderen Organismen hergestellt werden.
Abb. 2: Ein Gen wird durch Restriktionsspaltung und Ligation in ein Plasmid eingebaut. Anschließend kann das Plasmid für die Herstellung von Proteinen in Bakterien genutzt werden.
Weitere Informationen
Medium.com: The invention of recombinant DNA Technology
The Globe And Mail: Insulin -The Canadian discovery that has saved millions of lives
diabetes daily: The History of Diabetes – An Interactive Timeline
Zum Weiterhören: