Themenkomplex 183: Biologische Organismen [S. XXXIII:77].

Rekombinationsformen

 Themenkomplex 184: Rekombination [S. XXXIII:77].

Rekombination bedeutet in den BSN, wie auch in der klassischen Biologie, den natürlichen [biologischen!] wie künstlichen Prozess der Um-, Re. bzw Neukombination von Genen.

Genauer betrachtet betrifft sie genetische Informationen innerhalb einer Zelle, was hins der unterschiedlichen Definitionen der FRL und des GTG relevant ist.[1] Die Rekombination von Teilen der DNA oder RNA kann zu neuen genetischen Eigenschaften führen, was sich auch Syn-Biologinnen* und DIY-Biologen* zunutze machen. Der Prozess selbst erfolgt in zwei Phasen und zwar der „Aufnahme fremder DNA in die Zelle durch Konjugation, Transduktion oder Transformation“[2] sowie dem DSB.

Als Formen der Rekombination gelten die:

  1. Homologe Rekombination
  2. Nicht-homologe Rekombination
    1. sequenzspezifische Rekombination
    2. unspezifische Rekombination

http://www.transgen.de/data/media/1533/1200x900f.jpg

Abb 140: Rekombinationsformen.[3],[4]

Homologe Rekombination (HDR)

Abb 141: Homologe Rekombination.[5]

Es handelt sich um eine genetische Rekombination, bei der ein DNA-Fragment in die Zelle insertiert wird. Das DNA-Bruchstück birgt eine Gensequenz in sich, die durch die Insertion in das Genom eingebaut werden soll. Bei der HDR homologe werden DNA-Sequenzen künstlich eingebracht, die mit dem DSB übereinstimmen: sie dienen als Matrizen (Schablonen).

Die HDR tritt bei allen Organismen auf. Weil Chromosomen in der Natur [biologisch!] paarweise auftreten, ist auch jede DNA-Sequenz doppelt vorhanden. Der Autoreparaturmechanismus erfolgt in den allermeisten Fällen fehlerfrei, was Syn-Biologen*, DIY-Biologen* und Genetikerinnen* dazu veranlasst, (neue) DNA-Sequenzen in das Genom zu insertieren, zu korrigieren, auszutauschen oder auch zu deletieren und damit auszuschalten.

Nicht-homologe Rekombination (NHEJ)

Abb 142: Nicht-homologe Rekombination.[6]

Eine Zelle würde einen DSB idR nicht überstehen, also hat die Evolution einen zelleigenen Reparaturmechanismus hervorgebracht, der die Bruchstelle mittels Rekombination wiederherstellt. Pflanzen sind vielzelligen Eukaryoten. Bei ihnen ist die NHEJ der zentrale und überwiegende Autoreparaturmechanismus von DSB in somatischem Gewebe.[7] Bei Zellen von Säugetieren erfolgt der Autoreparaturmechanismus von DSB regelmäßig durch NHEJ, dh die beiden losen Sequenzenden werden wieder direkt miteinander verbunden, wobei es sehr häufig an den wiederverknüpften einstigen Bruchstellen zu Mutationen kommt, die in zwei von drei (66,6%) Fällen auch zu einem Knock-out führen.[8]

Der NHEJ-Weg findet sowohl bei Pro- als auch in Eukaryoten statt.

Sequenzspezifische Rekombination

Die willkürliche Integration von DNA in ein Genom lässt sich auch durch die sequenzielle Rekombination[9] erreichen, wobei die HDR ortsspezifisch durch ein Enzym bewerkstelligt wird.[10] Dieses biotechnol Tool bewirkt die gezielte und kontrollierte Manipulation eukaryotischer Genome, wobei bereits einige Bp ausreichen.

Die Integrase bringt zwei nicht homologe Sequenzen zweier DNA-Moleküle zusammen, katalysiert deren Spaltung und verbindet sie miteinander. So kann etwa ein Virengenom über die Phagen-DNA an einem vorbestimmten Ort in ein Bakteriengenom (Chromosom) eingebaut werden.

Unspezifische Rekombination

Bei diesem Rekombinationsprozess sind Enzyme beteiligt, die durchaus die Donar-DNA-Sequenzen an ihrer Struktur erkennen, die Weitergabe der bakteriellen DNA über Phagen erfolgt jedoch zufällig.

  1. Kap XI. J. 10. »Mutagenese und rekombinante Nukleinsäuren«, S. 829 ff; insb Kap XI. J. 10. b) »Rekombinante Nukleinsäuremoleküle«, S. 833 ff; und Kap XI. J. 10. b) »Rekombinante Nukleinsäuremoleküle«, S. 833 ff.
  2. Graw J., Genetik, 6. Auflage, Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 2015, 133 (829).
  3. Quelle: transgen.de
  4. http://www.transgen.de/forschung/2564.crispr-genome-editing-pflanzen.html
  5. Quelle: Science Aktuell, Genome Editing, Stiftung Gen Suisse 25, Bern Juli 2016, 5 (10).
  6. Quelle: Science Aktuell, Genome Editing, Stiftung Gen Suisse 25, Bern Juli 2016, 5 (10).
  7. Vgl Schiml S., Untersuchungen zur Gentechnologie und DNA-Reparatur in Pflanzen mithilfe der Cas9 Nickase, Dissertation am Karlsruher Institut für Technologie, Fakultät für Chemie und Biowissenschaften 2016, 4 (120) mVwa Sargent, R. G., Brenneman, M. A. und Wilson, J. H. Repair of site-specific double-strand breaks in a mammalian chromosome by homologous and illegitimate recombination, Mol Cell Biol Bd 17, Ausgave 1, 1997, 267–277.
  8. Vgl ebda.
  9. En: site-specific-recombination.
  10. Integrase; vgl dazu Patent EP1565562 B1, 1.e) „Durchführen der sequenzspezifischen Rekombination von einer Bakteriophagen Lambda Integrase Int, wobei die zweite DNA in die erste DNA integriert wird.“.