Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hocheffizient und kostengünstig: Bayreuther Biologen entwickeln neues Verfahren zur Klonierung

14.03.2019

Die DNA, welche die Erbinformationen eines Organismus enthält, besteht aus einer langen Reihe von Nukleotiden. Um die in der Abfolge dieser Bausteine begründeten Funktionen untersuchen zu können, müssen DNA-Fragmente in Trägermoleküle eingesetzt und vervielfältigt werden. Für diesen Vorgang der Klonierung hat ein Forschungsteam der Universität Bayreuth ein hocheffizientes, schnelles und kostengünstiges Verfahren entwickelt, das auf allen Gebieten der Biologie, Biochemie und Biotechnologie sehr flexibel einsetzbar ist. Dabei entfällt das aufwändige Screening von Bakterienkolonien. In Scientific Reports stellen die Wissenschaftler ihre Innovation vor.

Allen Verfahren, die derzeit zur Klonierung eingesetzt werden, ist gemeinsam, dass DNA-Fragmente zunächst in größere Trägermoleküle, sogenannte Vektoren, eingebaut werden. Die mit DNA-Fragmenten beladenen Vektoren werden anschließend in Bakterien eingeschleust.


Wichtige Schritte des neuen Klonierungsverfahrens.

Grafik: David Oliver Richter


E. Coli-Bakterien, die blaues Protein produzieren. Die Produktion wird durch zwei (A) bzw. drei (B) DNA-Fragmente gesteuert. Die Zahl der Kolonien lässt auf die Effizienz der Klonierung schließen.

Fotos: David Oliver Richter

Indem sich die Bakterien vermehren und so eine Bakterienkolonie bilden, werden die DNA-Fragmente tausendfach vervielfältigt. Bisher haben diese Verfahren einen wesentlichen Nachteil:

Weil der Einbau von DNA-Fragmenten in das Trägermolekül nicht immer störungsfrei und mit der nötigen Perfektion gelingt, besitzen keineswegs alle, sondern nur einige Kolonien die Vektoren mit den zu vervielfältigenden DNA-Fragmenten. Um diese „Erfolgsfälle“ zu identifizieren, war bisher ein zeitaufwändiges und teures Screening unvermeidlich.

Den Bayreuther Forschern unter der Leitung von Prof. Dr. Stefan Schuster ist es jetzt gelungen, dieses Screening überflüssig zu machen. Bei dem von ihnen verwendeten Vektor handelt es sich um ein Plasmid, das in seiner Ringstruktur ein toxisches Gen enthält.

DNA-Fragmente werden nun so in das Plasmid eingebaut, dass sie dieses Gen ersetzen. Gelingt das nicht, bleibt das toxische Potenzial im Plasmid erhalten. Wird in einem solchen Fall das Plasmid in ein E. coli-Bakterium eingeschleust, setzt die toxische Wirkung ein: Sie führt dazu, dass das Bakterium vermehrungsunfähig wird und nicht lange überlebt.

Dadurch ist von vornherein gewährleistet, dass nur solche E. coli-Bakterien Kolonien bilden, in denen die DNA-Fragmente tatsächlich enthalten sind. Sie müssen nicht nachträglich mühevoll ausgelesen werden. „Unser neues Klonierungssystem ist vor allem deshalb so effizient, weil die Auslese der mit klonierten DNA-Fragmenten ausgestatteten Bakterien zuverlässig von selbst erfolgt.

Die vervielfältigten Plasmide können aus diesen Bakterien isoliert und weiterverwendet werden – sei es, um die klonierte DNA zu analysieren oder um sie für die biotechnologische Herstellung von Proteinen einzusetzen“, sagt der Bayreuther Biologe Dr. David Richter, Erstautor der Studie.

Das in Scientific Reports vorgestellte Verfahren vereinfacht den Vorgang der Klonierung noch in einer weiteren Hinsicht: Die Wissenschaftler haben eine aus den Zellen von E. coli-Bakterien gewonnenen Extrakt (SLiCE) so optimiert, dass er sich hervorragend als „Klebstoff“ eignet, um mehrere DNA-Fragmente wie die Glieder einer Kette aneinanderzureihen und zu verbinden. So können jetzt die verschiedensten Kombinationen von DNA-Fragmenten in das Plasmid eingefügt werden – und zwar deutlich schneller als mit bisherigen Methoden.

Das Bayreuther Forscherteam hat das neue Klonierungssystem auf den Namen „ZeBRα“ getauft. Das Akronym leitet sich von den wissenschaftlichen Bezeichnungen zweier Faktoren ab, die dabei entscheidend sind. Das verwendete Plasmid ist ein „Zero-Background Vector“.

Dies bedeutet: Bakterien, die Plasmid-Moleküle ohne die zu vervielfältigenden DNA-Fragmente enthalten, bilden keine störenden Kolonien im Hintergrund. „Redα-Exonuclease“ ist wiederum ein Bestandteil des E. coli-Extracts, mit dem verschiedene DNA-Fragmente aneinandergekettet und in den Vektor eingebaut werden können.

Anknüpfend an die jetzt veröffentlichten Forschungsergebnisse wollen die Wissenschaftler ihr Klonierungsverfahren künftig um weitere Funktionen bereichern und dadurch vielseitiger einsetzbar machen. Insbesondere soll der Vektor so optimiert werden, dass er die Transformation bestimmter Organismen oder Zelllinien erleichtert. Dabei werden DNA-Fragmente direkt in Organismen oder Zellen übertragen. Weil auch diese Übertragung relativ selten zustande kommt, ist es vorteilhaft, wenn der Vektor DNA-Sequenzen mitbringt, die zur Bildung fluoreszierender Proteine führen. Diese Proteine machen dann den erfolgreichen Einbau der DNA-Fragmente sichtbar.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Stefan Schuster
Lehrstuhl für Tierphysiologie
Universität Bayreuth
Telefon: +49 (0)921 55-2470
E-Mail: stefan.schuster@uni-bayreuth.de

Dr. David Oliver Richter
Lehrstuhl für Tierphysiologie
Universität Bayreuth
Telefon: +49 (0)921 55-2477
E-Mail: david1.richter@uni-bayreuth.de

Originalpublikation:

David Richter, Katharina Bayer, Thomas Toesko, Stefan Schuster: ZeBRα a universal, multi-fragment DNA-assembly-system with minimal hands-on time requirement, Scientific Reports 9 (2019), DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41598-019-39768-0

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/

Weitere Berichte zu: Akronym Bakterien DNA-Fragmente DNA-Sequenzen Plasmid Proteine Screening Tierphysiologie Vektor Zellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Reaktionsmechanismus der PUVA-Lichttherapie von Hauterkrankungen aufgeklärt
20.08.2019 | Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

nachricht Alles in einer Zelle: Die Mikrobe, die Öl in Gas umwandelt
20.08.2019 | Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Towards an 'orrery' for quantum gauge theory

Experimental progress towards engineering quantized gauge fields coupled to ultracold matter promises a versatile platform to tackle problems ranging from condensed-matter to high-energy physics

The interaction between fields and matter is a recurring theme throughout physics. Classical cases such as the trajectories of one celestial body moving in the...

Im Focus: "Qutrit": Komplexe Quantenteleportation erstmals gelungen

Wissenschaftlern der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Wien ist es gemeinsam mit chinesischen Forschern erstmals gelungen, dreidimensionale Quantenzustände zu übertragen. Höherdimensionale Teleportation könnte eine wichtige Rolle in künftigen Quantencomputern spielen.

Was bislang nur eine theoretische Möglichkeit war, haben Forscher der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Universität Wien nun erstmals...

Im Focus: Laser für durchdringende Wellen: Forscherteam entwickelt neues Prinzip zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung

Der „Landau-Niveau-Laser“ ist ein spannendes Konzept für eine ungewöhnliche Strahlungsquelle. Er hat das Zeug, höchst effizient sogenannte Terahertz-Wellen zu erzeugen, die sich zum Durchleuchten von Materialen und für die künftige Datenübertragung nutzen ließen. Bislang jedoch scheiterten nahezu alle Versuche, einen solchen Laser in die Tat umzusetzen. Auf dem Weg dorthin ist einem internationalen Forscherteam nun ein wichtiger Schritt gelungen: Im Fachmagazin Nature Photonics stellen sie ein Material vor, das Terahertz-Wellen durch das simple Anlegen eines elektrischen Stroms erzeugt. Physiker des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) waren maßgeblich an den Arbeiten beteiligt.

Ebenso wie Licht zählen Terahertz-Wellen zur elektromagnetischen Strahlung. Ihre Frequenzen liegen zwischen denen von Mikrowellen und Infrarotstrahlung. Sowohl...

Im Focus: A miniature stretchable pump for the next generation of soft robots

Soft robots have a distinct advantage over their rigid forebears: they can adapt to complex environments, handle fragile objects and interact safely with humans. Made from silicone, rubber or other stretchable polymers, they are ideal for use in rehabilitation exoskeletons and robotic clothing. Soft bio-inspired robots could one day be deployed to explore remote or dangerous environments.

Most soft robots are actuated by rigid, noisy pumps that push fluids into the machines' moving parts. Because they are connected to these bulky pumps by tubes,...

Im Focus: Crispr-Methode revolutioniert

Forschende der ETH Zürich entwickelten die bekannte Crispr/Cas-Methode weiter. Es ist nun erstmals möglich, Dutzende, wenn nicht Hunderte von Genen in einer Zelle gleichzeitig zu verändern.

Crispr/Cas ist in aller Munde. Mit dieser biotechnologischen Methode lassen sich in Zellen verhältnismässig einfach und schnell einzelne Gene präzise...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Wie smarte Produkte Unternehmen herausfordern

20.08.2019 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 4. Air Cargo Conference in Frankfurt am Main

20.08.2019 | Veranstaltungen

Gedanken rasen zum Erfolg: CYBATHLON BCI Series 2019

16.08.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Turbulenz – normaler als gedacht?

20.08.2019 | Physik Astronomie

Reaktionsmechanismus der PUVA-Lichttherapie von Hauterkrankungen aufgeklärt

20.08.2019 | Biowissenschaften Chemie

Internationales Forscherteam unter Leitung der Universität Göttingen entschlüsselt Abwehrmechanismus von Schimmelpilzen

20.08.2019 | Agrar- Forstwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics