Pflanzenzüchtung durch Auslese ca. 3000 v. Chr.

Grundlagen | 1 ZEITREISE – MEILENSTEINE DER BIOTECHNOLOGIE1-1 Meilensteine der Biotechnologie am Zeitstrahl ca. 4000 v. Chr.Verwendung von Hefe für alk. Getränke Pflanzenzüchtung durch Auslese ca. 3000 v. Chr. 16./17. JahrhundertHooke und Leuwenhoek bauen erste Mikroskope und beschreiben höhere Zellen und Bakterien Edward Jenner wagt die erste Impfung (gegen Pocken) 1796 1857Louis Pasteur entdeckt ein Milchsäuregärungs-Bakterium Friedrich Mischer isoliert als Erster die DNA 1886 1909Wilhelm L. Johanssen führt den Begriff „Gen“ ein Alexander Flemming entdeckt das Antibiotikum Penicillin 1928 James Watson und Francis Crick veröffentlichen die Struktur der DNA 1953 1944Avery, McLeod, McCarty entdecken die Vererbungseigenschaften der DNA Ochoa, Nirenberg, Mattei und Khorana entschlüsseln den genetischen Code 1966 1962 Werner Arber entdeckt die Restriktionsenzyme 1972 Paul Berg nutzt Restriktionsenzyme Sanger, Maxam, Gilbert DNA-Sequenzierung Genentech Inc.: Herstellung von Somatosin 1977 1978 Genentech Inc.: Herstellung von Insulin • Erste Zulassung für ein rekombinantes Medikament 1982 1983 Erstmalige Erzeugung transgener Pflanzen Alec Jeffries: Genet. Fingerabdruck 1984 Kary B. Mullis: Polymerase-Kettenreaktion 1985 1986 Erster Freilandversuch transgener Tabak Start des Human Genom Projekts 1990 1997 Sequenzierung des Genoms von E. coli • Entzifferung des menschlichen Erbguts abgeschlossen 2003 2005 Sequenzierung des Genoms der Reispflanze abgeschlossen Informationsserie – Biotechnologie

Grundlagen | 1 ZEITREISE – MEILENSTEINE DER BIOTECHNOLOGIE1-2 Prozess des Bierbrauens Quellen in Wasser keimen lassen erhitzen 85-100°C, Ende der Keimung zermahlen maischen, vermischen mit heißem Wasser Trennung fester und flüssiger Bestandteile kochen der flüssigen Würze abfüllen lagern vergären von Zucker zu Alkohol Sud abkühlen abfangen der Hopfendolden Gerste und Wasser • 1 Liter Bier • hergestellt aus: • 1,3 g Hopfen • 1,3 l Brauwasser • 180 g Braugerste • ca. 10 Milliarden Hefezellen Zugabe von Hopfen Jede Hefezelle enthält 16 Chromosomen und ca. 6.000–8.000 Gene Zugabe von Hefe Überschüssige Hefe (Nahrungsmittel) Informationsserie – Biotechnologie

Grundlagen | 1 ZEITREISE – MEILENSTEINE DER BIOTECHNOLOGIE1-3 Neukombination von DNA und Transformation von Bakterien Einfügen des neuen Fragments Einschleusen indie Wirtszelle Auslese Vermehrung Plasmid DNA- Fragment Neu kombiniertesPlasmid Klone Bakterium Genom (DNA) Genetische Grundinformation Plasmid (DNA) Genetische Zusatzinformation Informationsserie – Biotechnologie

Grundlagen | 1 ZEITREISE – MEILENSTEINE DER BIOTECHNOLOGIE1-4 Methoden der DNA-Sequenzierung gestern mit Hilfe von 2’, 3’-Didesoxynucleotiden Base DNA-Fragment in Lösung radioaktiv markiertes Phosphat 3’ –– GGCTAACGTA –– 5’5’ Primer-Zugabe aufteilen in vier Portionen T 3’ A C G T T A G C C 5’ Röntgenfilmund Autoradiogramm 1 dATP* dCTP dGTP dTTPddGTP CCG CCGATTG 2 dATP* dCTP dGTP dTTPddATP CCGA CCGATTGCA 3 dATP* dCTP dGTP dTTPddTTP CCGAT CCGATT CCGATTGCAT 4 dATP* dCTP dGTP dTTPddCTP C CC CCGATTGC “G” “A” “T” “C” + DNA-Polymerase “G” “A” “T” “C” Gelelektrophorese Informationsserie – Biotechnologie

Grundlagen | 1 ZEITREISE – MEILENSTEINE DER BIOTECHNOLOGIE1-5 Methoden der DNA-Sequenzierung heute Base mit Hilfe von 2’, 3’-Didesoxynucleotiden DNA-Fragment in Lösung ddNTPmit Fluoreszenz-Farbstoff markiert 3’ –– GGCTAACGTA –– 5’5’ Primer-Zugabe aufteilen in vier Portionen Photodetektion + C C G A T T GC A T Laserstrahl - Kapillare Kapillarelektrophorese 1 dATP* dCTP dGTP dTTPddGTP CCG CCGATTG 2 dATP* dCTP dGTP dTTPddATP CCGA CCGATTGCA 3 dATP* dCTP dGTP dTTPddTTP CCGAT CCGATT CCGATTGCAT 4 dATP* dCTP dGTP dTTPddCTP C CC CCGATTGC + DNA-Polymerase “G” “A” “T” “C” Informationsserie – Biotechnologie

Grundlagen | 1 ZEITREISE – MEILENSTEINE DER BIOTECHNOLOGIE1-6 Restriktionsfragmentlängenpolymorphismen (RFLP) 1 2-1 2 homozygot 2 homologe Chromosomenohne EcoRI-Schnittstelle heterozygot 1 Chromosom mitSchnittstelle 1 Chromosom ohne Schnittstelle homozygot 2 homologe Chromosomenmit EcoRI-Schnittstelle Variante 1 Restriktionsenzym EcoRI schneidet nicht Variante 2 Restriktionsenzym EcoRI schneidet GCCGCATTCTA CGGCGTAAGAT GCCGAATTCTA CGGCTTAAGAT GCCG CGGCTTAA AATTCTA GAT Größentrennung der Fragmente im Agarosegel EcoRI ungeschnitten AbnehmendeFragment- größe EcoRI geschnitten Phänotyp Informationsserie – Biotechnologie

Grundlagen | 1 ZEITREISE – MEILENSTEINE DER BIOTECHNOLOGIE1-7Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) 1 2 3 4 4. Der erste Zyklus ist beendet 5 5. Vier PCR-Produkte nach 2. Zyklus 6 6. Acht PCR-Produkte nach 3. Zyklus Schematische Darstellung des PCR-Zyklus 1. „Schmelzen“ des DNA-Doppelstrangs (Denaturierung) bei ca. 96°C 2. Primer-Anlagerung (Primerhybridisierung)bei ca. 68°C 3. DNA-Neusynthese ausgehend vom Primer (Elongation) bei ca. 72°C Informationsserie – Biotechnologie

Grundlagen | 1 ZEITREISE – MEILENSTEINE DER BIOTECHNOLOGIE1-8Genomprojekte: Einzelschritte und Erkenntnisse Chromosomen vereinzeln Schneiden in große Fragmente A1 A2 Schneiden in mittlere Fragmente B1 B2 Mittelgroßes Fragment kopieren A1 A2 Fragmente der Serie A und Büberlappen sich a b c Kopie 1 an „A“ in kleinere Fragmente schneiden Kopie 2 an „B“ in kleinere Fragmente schneiden d e f B1 B2 Fragmentsammlungen A und B getrennt verwalten in „DNA-Bibliotheken“ b c a Bibliothek „A“ Bibliothek „B“ e f d Die Basenabfolge eines Fragments aus einer Bibliothek wird bestimmt und damit der überlappende Partner in der zweiten Bibliothek gesucht u. s. w. GGGGTTAATT a b c ATTTGCCCGCGCGCGTTTAATTTAA e f TTTAATTTAAGCGATGGATGGGGTT • Forschungsgegenstand • Genome von Viren, Bakterien, • Pilzen, Tieren und Pflanzen • Bestimmung der Gesamtsequenz (Basenfolge) • Lokalisierung der Genorte • Erforschung der Genfunktionen Entzifferung der Basenabfolge eines Chromosoms • Erkenntnisse und Auswirkungen • Verständnis von Erkrankungen des Menschen • Entwicklung neuer Ansätze in Vorbeugung, Diagnostik und Therapie • Verständnis von Krankheitserregern • Entwicklung neuer Abwehrstrategien • Verständnis von Wild- und Kulturpflanzen • Umsetzung der Erkenntnisse in die Pflanzenzüchtung • Verständnis von evolutionsbiologischen • Zusammenhängen • Fortschritte in der Grundlagenforschung Informationsserie – Biotechnologie

Grundlagen | 2 INDUSTRIELLE BIOTECHNOLOGIE – WAS IST DAS?2-1Definition der Biotechnologie und Gentechnik Was ist Biotechnologie? Der interdisziplinäre* Ansatz, biologischeSysteme zu erforschen und die gewonnenen Erkenntnisse praktisch anzuwenden Was ist Gentechnik? Ein Teilgebiet der Biotechnologie: Alle Methoden und Verfahren zur Isolierung,Veränderung und Übertragung von Erbmaterial * Hierzu zählen die Disziplinen der klassischen und modernen Biologie, Chemie, Physik, Verfahrenstechnik, Materialwissenschaften, Informatik etc. Informationsserie – Biotechnologie

Grundlagen | 2 INDUSTRIELLE BIOTECHNOLOGIE – WAS IST DAS?2-2Vorteile der Biotechnologie für die Chemieproduktion Spezifität und Selektivität Lieferung des gewünschten Endprodukts ohne Weiterverarbeitung aus einer Vorstufe Stereoselektive Synthese chiraler („händische“) Substanzen (zum Beispiel D- und L-Aminosäuren): • Keine Racemate •Keine aufwändigen Trennungsverfahren •Keine Verunreinigungen des Endprodukts Effizienz und Umweltverträglichkeit•Benötigt werden nur kostengünstige Ausgangsstoffe wie Wasser, Zucker, Salze, Sauerstoff und Kohlendioxid Biotechnologische Produktionsprozesse finden überwiegend bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck statt. Dadurch… •kann Energie gespart werden. • können Kosten gesenkt werden. •können weniger Nebenprodukte und Abfallstoffe entstehen. Informationsserie – Biotechnologie

Grundlagen | 2 INDUSTRIELLE BIOTECHNOLOGIE – WAS IST DAS?2-3Anwendungsbereiche der Biotechnologie und Beispiele Lebensmittel Vitamine (z. B. Vitamin C) Enzyme (z. B. Pektinasen) Aromen (z. B. Vanillin) Medizin Diagnostik (z. B. PCR) Medikamente (z. B. Insulin) Impfstoffe (z. B. Hepatitis-Impfstoff) Materialien für Geweberekonstruktion(z. B. biochemische Schichten) Haushalt Wasch- und Reinigungsmittel(z. B. Proteasen) Textilien (z. B. Cellulasen) Geruchsstoppersprays (z. B. Cyclodextrine) Landwirtschaft Futterzusatzmittel(z. B. Phytase) Nachwachsende Rohstoffe(z. B. Stärke) Nahrungsmittel Industrielle Biotechnologie Informationsserie – Biotechnologie

Methoden | 3 BIOLOGISCHE VERFAHREN – HELFER DER CHEMIE3-1Biofabrik Zelle Polysomen Fertigung Mitochondrium Kraftwerk Endoplasma-tisches Reticulum Werksstraße Vesikel Vorratsbehälter Zellkern Management Pore Werkstor Informationsserie – Biotechnologie

Methoden | 3 BIOLOGISCHE VERFAHREN – HELFER DER CHEMIE3-2Vergleich Prokaryoten / Eukaryoten Zellwand Zellwand Plasmamembran Plasmamembran Plasmamembran Plasmamembran Ribosom Ribosom Ribosom Ribosom Polysom Polysom Polysom Polysom Cytoplasma Cytoplasma Cytoplasma Cytoplasma Mitochondrium Mitochondrium Golgiapparat Golgiapparat endoplasmatisches Reticulum endoplasmatisches Reticulum Kernmembran Kernmembran Genom Genom Zellkern Zellkern Plasmid Plasmid Nucleolus Nucleolus 10 µm 1 µm die Zellen im Größenvergleich Bakterienzelle Tierzelle Informationsserie – Biotechnologie

Methoden | 3 BIOLOGISCHE VERFAHREN – HELFER DER CHEMIE 3-3 Schritte vom Isolat zum Produktionsstamm Mutation Fusion Neukombination Vorrat an 1011 Genen (biologische Vielfalt) Neukombination mit einem Vektor Chemikalienoder Strahlen Basenaustausch Chromosomenkombination Zusatzgene Selektion auf gewünschte Eigenschaften Überproduzent Informationsserie – Biotechnologie

Methoden | 3 BIOLOGISCHE VERFAHREN – HELFER DER CHEMIE 3-4 Die Microarray-Technik (1 – Vorbereitung) Probe B: Zellen vom gesunden Menschen Probe A: Zellen vom kranken Menschen Gen 1 Gen 2 Gen 3 genomischeDNA PCR RNA-Isolierung mRNA Probe B mRNA Probe A 1 2 3 Reverse Transkription und Markierung mit Fluoreszenzfarbstoffen cDNA Probe A cDNA Probe B „Spotting“ von PCR-Proben als Template auf Glasträger Analyse Vorbereitung des DNA-Chips Vorbereitung der Proben Informationsserie – Biotechnologie

Methoden | 3 BIOLOGISCHE VERFAHREN – HELFER DER CHEMIE 3-5Die Microarray-Technik (2 – Analyse) 1 2 3 Hybridisierung Probe A > B Probe B > A Probe A = B Scannen und Bildauswertung Datenanalyse Informationsserie – Biotechnologie

Methoden | 3 BIOLOGISCHE VERFAHREN – HELFER DER CHEMIE 3-6Fermentationsverfahren in der Übersicht Kolonie Stammkultur Schüttelkultur Rührkultur Vorfermenter Oberflächenverfahren Kontinuierlicher Betrieb Aufguss-Verfahren 1x 30 - 60 % frisches Medium 30 - 60 % verbrauchtes Medium Nähr- medien Verbrauchtes Medium Mikroorganismen Produkt Produktionsfermenter Submers-Verfahren Diskontinuierlicher Betrieb Informationsserie – Biotechnologie

Methoden | 3 BIOLOGISCHE VERFAHREN – HELFER DER CHEMIE 3-7Rührkesselfermenter und Festbettreaktor Rührkesselfermenter Festbettreaktor L-Produkt D-Substrat Rührwerk Abluft Sterile Nährlösung Steril- filter Enzym Dampf (Sterilisation) pH- Regelung Polari- meter Temperatur- Regelung Wärme- tauscher Hohlfaser- modul Heiz-/ Kühlwasser D,L-Substrat Sterile Luft Heiz-/ Kühlwasser Prozess- rechner Steril- filter Signalleitung L-Aminosäure-Acylase N-Acetyl-D,L-Methionin L-Methionin + N-Acetyl-D-Methionin + Acetat Informationsserie – Biotechnologie

Methoden | 3 BIOLOGISCHE VERFAHREN – HELFER DER CHEMIE 3-8Sicherheitsstufen für gentechnische Arbeiten Impf- stämme Penicillium Camemberti E. coli K 12 Masernvirus Candida Salmonellen HBV, HIV Histoplasma Milzbrand- Bakterien Pocken- virus – – S2von einem geringen Risiko S3von einem mäßigen Risiko S4von einem hohen Risiko (oder begründeten Verdacht eines hohen Risikos) 1 2 3 4 Zunehmendes Risiko Risikogruppen (WHO) Sicherheitsstufen Sicherheits- Beschreibung stufe Gentechnische Arbeiten, bei denen nach dem Stand der Wissenschaft S1 nicht von einem Risiko für Mensch und Umwelt auszugehen ist Viren Pilze Bakterien Sicherheits- Stufen/ Risiko- gruppen Informationsserie – Biotechnologie

Methoden | 3 BIOLOGISCHE VERFAHREN – HELFER DER CHEMIE 3-9Transgene Pflanzen: Vom Labor bis zur Marktzulassung Anbau begleitendes Monitoring 10-15 Jahre Freisetzung begleitende Sicherheitsforschung Experimentelle Sicherheitsforschung Genehmigung Freisetzung Genehmigung Inverkehrbringen Labor/Gewächshaus Freilandversuche Landwirtschaftlicher Anbau Stufen der Zulassunggentechnisch veränderter Pflanzen Steigende Zahl der zu untersuchenden Faktoren Umweltbeobachtung Ende der befristeten Anbaugenehmigungen Zeit Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 4 KLEINE MOLEKÜLE – GROSSE BEDEUTUNG4-1Niedermolekulare Produkte der Biotechnologie (Beispiele) Stoffgruppe Chemikalie Vitamine Vitamin B12 (Cyanocobalamin) Vitamin C (Ascorbinsäure) Aminosäuren L-Glutaminsäure L-Lysin Carbonsäuren Zitronensäure Milchsäure Gluconsäure Alkohole Bioethanol Quelle: DECHEMA e.V., November 2004 Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 4 KLEINE MOLEKÜLE – GROSSE BEDEUTUNG 4-2Anwendungen von Cystein und Cystin 2 x Cystein Cystin • Mehlbehandlungsmittel zur Beschleunigung der Mehlreifung • Abrundung und Ver-stärkung von Fleisch- und Röstaromen • Zusatz zu Diätzubereitun-gen, Futtermitteln, Arznei-mitteln und Kosmetika • Erhöhung des Gas-haltevermögens von Backwaren • Verbesserung der Elastizität und der Knetfähigkeit der Teige • Abrundung und Ver-stärkung von Fleisch- und Röstaromen (Zusatz als künstliches Fleischaroma für vegeta-rische Lebensmittel) • Zusatz zu Diätzubereitun-gen, Futtermitteln, Arznei-mitteln und Kosmetika Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 4 KLEINE MOLEKÜLE – GROSSE BEDEUTUNG 4-3Die Verfahren der Vitamin B2-Synthese Glukose Biomasse K-Arabonat Ribonolacton Ca-Arabonat Ribose Ca-Ribonat Ribitylxylidin Vitamin B2 Vitamin B2 Klassische Methode: Chemischer Prozess Moderne Methode: Biotechnologischer Prozess • Vorteile • Deutlich gesteigerte Produktionsmenge • 40 % weniger Produktionskosten • 30 % weniger CO2-Ausstoß • 60 % weniger Rohstoffverbrauch • 95 % weniger Abfallprodukte Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 4 KLEINE MOLEKÜLE – GROSSE BEDEUTUNG4-4Arten und Strukturen der Cyclodextrine Schematische Darstellung des molekularen Aufbaus der Cyclodextrine Hydrophober Hohlraum Hydrophob: C-H und C-O zeigen nach innen Hydrophil: O-H zeigt nach außen Hydrophile Hülle • Arten von Cyclodextrinen Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 4 KLEINE MOLEKÜLE – GROSSE BEDEUTUNG 4-5Gleichgewichtsreaktion bei der Cyclodextrin-Synthese Komplexbildung Komplexdissoziation + Gasphase GGas Cyclodextrin-Herstellungsverfahren Flüssigkeit (wässrige Phase) Ggelöst CDgelöst [G-CD]gelöst Gungelöst CDungelöst fest/flüssig [G-CD]ungelöst G = Gastmolekül CD = Cyclodextrinmolekül [G-CD] = Komplex Entfernung aus dem Gleichgewicht Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 4 KLEINE MOLEKÜLE – GROSSE BEDEUTUNG 4-6Anwendungen von Cyclodextrinen Krankenpflege Nahrungsmittel Pharmazie Haushalt Landwirtschaft Textilien Biozide Duftstoffe Verpackungs- material Chemische Synthesen Natürliche Heilmittel Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 5 TECHNISCHE ENZYME – MEISTER DER KATALYSE5-1Enzyme in der Lebensmittelherstellung Enzym Wirkung Anwendung β-Galactosidase Wandelt den Zucker Lactose in Zuckerspezialitäten für den Pharma-, Lactulose um Lebensmittel- und Tierfuttersektor Aminopeptidasen Spalten einzelne Aminosäuren Änderung des Aromaprofils von Käse, von bestimmten Proteinen ab Fleisch und Gewürzen Cellulasen Spalten das pflanzliche Getränke- und Spirituosenherstellung (z. B. Heraus- Polysaccharid Zellulose lösen von Gerbsäure aus Traubenschalen) Glucose-Isomerase Wandelt Traubenzucker (Glukose) Herstellung von Fruktosesirup in Fruchtzucker (Fruktose) um als Süßmittel für Limonade und Colagetränke Hexoseoxydase (HOX) Wandelt eine Vielzahl von Zuckern z. B. Backindustrie (Steigerung der Teigstabilität, (z. B. D-Glukose, D-Galaktose Volumenvergrößerung bei Brot) Maltose, Laktose) in Laktone und Wasserstoffperoxid um Laccase Wandelt Phenole in Chinone und z. B. in Produkten zur Atemerfrischung (Pfefferminz, Wasser um, wobei Sauerstoff Kaugummi): die gebildeten Chinone reagieren in der verbraucht wird Mundhöhle mit geruchsbildenden Schwefelverbin- dungen und neutralisieren diese Pektinesterasen Spalten eine bestimmte Bindung in der z. B. in der Saftherstellung zur Entfernung pflanzlichen Gerüstsubstanz Pektin von Trübstoffen oder Erhöhung der Saftausbeute Biotechnologisch hergestellte Enzyme (Beispiele) Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 5 TECHNISCHE ENZYME – MEISTER DER KATALYSE 5-2Enzyme in der Textil- und Waschmittelindustrie Enzym Wirkung Anwendung Proteasen Spaltung von Proteinen Gegen Ei-, Blut-, Milch- und Spinatflecken Lipasen Spaltung von Fetten Gegen Verschmutzungen durch Salatöl, Bratenfett, Kragenfett (Talg) und Kosmetika Cellulasen Spaltung des pflanzlichen Anwendung beim „Biostoning“ von „stonewashed“ Polysaccharids Zellulose Jeans: Entfernung von Baumwollfusseln, Konservierung der Glätte und Farbe von Textilien Amylasen Spaltung des pflanzlichen Gegen Flecken von Kartoffelbrei, Schokolade Polysaccharids Stärke oder Pudding Biotechnologisch hergestellte Enzyme (Beispiele) Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 6 PHARMAWIRKSTOFFE – HEUTE UND MORGEN 6-1Vorteile rekombinanter Medikamente Bessere Verfügbarkeit (z. B. Erythropoietin) Vermindertes Infektionsrisiko (z. B. Faktor VIII) Höhere Wirksamkeit und geringere Nebenwirkungen (z. B. Gewebe-Plasminogenaktivator) Umweltverträgliche und wirtschaftliche Produktion (z. B. Insulin) Neue Behandlungsstrategien (z. B. monoklonale Antikörper) Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 6 PHARMAWIRKSTOFFE – HEUTE UND MORGEN6-2Die wichtigsten rekombinanten Medikamente Proteinwirkstoffe Erythropoietin Anämie (Blutarmut) Faktor VIII Hämophilie (Bluterkrankheit) Gewebeplasminogen- Blutgerinnsel bei Herzinfarktaktivator (tPA) Humaninsulin Diabetes mellitus Typ I Interferon alpha Viruserkrankungen, Tumortherapie Kolonien stimulierender Leukämie, Faktor fürGranulozyten Krebsbehandlung(G-CSF) Interferon beta 1a,b Multiple Sklerose Somatotropin Hormonell bedingter Kleinwuchs Therapeutische Antikörper Basiliximab Verhinderung der Abstoßungsreaktion nach Nierentransplantationen Infliximab Morbus Crohn Rituximab Non-Hodgkin-Lymphom Trastuzumab Brustkrebs Impfstoffe Hepatitis-B-Antigen Vorbeugung gegen Hepatitis Diphterietoxin Vorbeugung von Lungen- infektionen bei Kindern Substanz Anwendung Substanz Anwendung Substanz Anwendung Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 6 PHARMAWIRKSTOFFE – HEUTE UND MORGEN 6-3Struktur und Wirkung von gentechnisch verändertem t-PA NH2 NH2 COOH COOH • Rekombinanter • Gewebe-Plasminogenaktivator • Bessere Wirkung bei geringeren Konzentrationen • Kurze Verabreichungsdauer bei längerer Verweilzeit im Körper • Gewebe-Plasminogenaktivator • Wirkstoff löst Blutgerinnsel auf,Verabreichung bei akutem Herzinfarkt Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 6 PHARMAWIRKSTOFFE – HEUTE UND MORGEN 6-4Struktur und Wirkung von Trastuzumab Normale Zelle Tumorzelle Molekülmodell von Trastuzumab (ein monoklonaler Antikörper) HER2-Gen Genamplifikation Überexpression des HER2-Gens (10- bis 100-fach) HER2-Protein Trastuzumab bindet selektiv an die extrazelluläre Region des HER2-Proteins • Hemmung der Zellteilung • Zerstörung der Krebszelle durch das Immunsystem Zelloberfläche mit extrazellulären Regionen des HER2-Proteins Quelle: Roche Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 6 PHARMAWIRKSTOFFE – HEUTE UND MORGEN 6-5Immunologischer Nachweis des Vogelgrippe-Erregers H5N1 Zugabe der zu untersuchenden Probe Mikrotiterplatte (beschichtet mit anti-H5N1-Antikörper) Bindungdes Virusproteins an den oberflächen-gebundenen Antikörper 1 WaschenEntfernen ungebundener Proteine Zugabe eines enzym-gekoppeltenAnti-H5N1- Antikörpers 2 Bindung des Antikörpers 2 an das H5N1-Protein, anschließend 1x Waschen Zugabe von Farbreagenz (farblos) Farbreaktion durchEnzym am zweiten Antikörper ELISA (Enzyme Linked Immuno-Sorbent Assay) Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 6 PHARMAWIRKSTOFFE – HEUTE UND MORGEN 6-6Aufbau und Wirkung von Neuraminidasehemmern Grippevirus 1. Grippeviren gelangen in die Atemwege Hämagglutinin 2. Sie heften sich mit Hilfe des Hämagglutinins an die Schleimhaut-zellen an und dringen in diese ein. 3. Die Viren nützen die Zellen zur Vermehrung. 4. Der Neraminidasehemmer blockiert die Neuraminidase, die das Ablösen des Virus von der Zelle ermöglicht. Neuraminidase Schleimhautzelle Neuraminidasehemmer Aufbau eines Neuraminidasehemmers Informationsserie – Biotechnologie

Produkte | 6 PHARMAWIRKSTOFFE – HEUTE UND MORGEN 6-7Phasen der Impfstoffentwicklung Grundlagen-forschung und Entwicklung(2 bis 4 Jahre) Behördliche Registrierung und Zulassung (1,5 Jahre) Identifikation der Substanz als geeigneter Wirkstoffkandidat Sicherheit, Immunantwortund Wirksamkeit Sicherheit undImmunantwort Sicherheit Präklinik Phase I Phase II Phase III Testsysteme, Versuche an Labortieren <100freiwillige Teilnehmer >100freiwillige Teilnehmer >1.000freiwillige Teilnehmer Klinische Prüfung in drei Phasen (5 bis 7 Jahre) Informationsserie – Biotechnologie

Ausblick | 7 VON BAKTERIEN ZU BIOABBAUBAREN KUNSTSTOFFEN7-1Anwendungen mikrobieller Polymere Polymeranreicherung in Form von Körnchen (Granula) Polymer-Granula Polymer-Moleküle MedizinBiologisch resorbier-bares Nahtmaterial Bakterien LandwirtschaftMulchfolien GebrauchsgüterKompostierbare Tragetüten isolieren reinigen Automobil Elektro Bauwesen Informationsserie – Biotechnologie

Ausblick | 8 DIE PFLANZE ALS BIOFABRIK8-1Anwendungen der Pflanzenbiotechnologie Proteine für die Human- und Tiermedizin in Pflanzen „Molecular Pharming“z. B. Enzyme für die Diagnostik, Impfstoffe, Blutproteine, therapeutische Antikörper Optimierte Nutzpflanzen für die industrielle Stoffproduktionz. B. veränderte Öl-/Fettsäurezusammen-setzung, Verringerung des Ligninanteils in Holz für die Papierindustrie, Bildung von Biopolymeren oder Enzymen Verbesserte Inhaltsstoffe in Nahrungspflanzenz. B. gesündere Fettsäurezusammen-setzung, geringeres Allergiepotenzial Verbesserte Eigenschaften von Pflanzen für den Abbau von Umweltschadstoffen in belasteten Böden Verbesserte Inhaltsstoffe in Futterpflanzenz. B. leichtere Verdaubarkeit, Erhöhung des Anteils essenzieller Aminosäuren Informationsserie – Biotechnologie

Ausblick | 8 DIE PFLANZE ALS BIOFABRIK 8-2Chemische Stärkemodifikation und Amylopektinkartoffel Verzweigtes Amylopektin Konventionelle Kartoffel Stärkemolekül (Ausschnitt) Verzweigung Amylopektin- Kartoffel Verlängerung Lineare, helikale Amylose • Jodfärbung der Amyloplasten Jod lagert sich in „Schlaufen“ des Amylose-Moleküls ein Informationsserie – Biotechnologie

Ausblick | 9 BIOTECHNOLOGIE UND MEER9-1Anwendungen der marinen Biotechnologie Antibiotika Virostatika z. B. Wirkstoffe aus Cyanobakterium Lyngbya majuscula z. B. Herpesmittel aus Schwämmen Krebsmedikamente Lebensmittel- zusatzstoffe z. B. Leukämie-Wirkstoff aus dem Mittelmeerschwamm Ircinia fasciculata z. B. β-Carotin aus der australischen Meeresalge Dunaliella salina Zusatzstoffe für Kosmetika Robuste Industrie-Enzyme z. B. Schwamm-Kollagen z. B. aus „hitzeliebenden“ (thermophilen) Bakterien Informationsserie – Biotechnologie

Pflanzenzüchtung durch Auslese ca. 3000 v. Chr.