Advances in Biotechnology (Überfachliche Qualifikationen - Cheatsheet.pdf

Grundlagen der Molekularbiologie

Definition:

Grundlagen der Molekularbiologie: Untersuchung der molekularen Basis von biologischen Prozessen, insbesondere DNA, RNA und Proteinsynthese.

Details:

• DNA: Träger genetischer Information, Doppelhelixstruktur, Basenpaarung (A=T, C≡G).
• Replikation: Vervielfältigung der DNA vor Zellteilung, Enzym DNA-Polymerase.
• Transkription: Umschreiben von DNA in mRNA durch RNA-Polymerase.
• Translation: Übersetzung von mRNA in Proteine, Ribosomen, tRNA.
• Genexpression: Regulation der Genaktivität und -stille, Operons in Prokaryoten, Enhancer/Silencer in Eukaryoten.
• Mutation: Veränderung der Nukleotidsequenz, Punktmutation, Insertion, Deletion.
• Reparaturmechanismen: Korrektur von DNA-Schäden, Nukleotid-Exzisionsreparatur, Mismatch-Reparatur.

CRISPR/Cas9-Technologie

Definition:

Genom-Editing-Technik; nutze guide RNA (gRNA) und Cas9-Protein für gezielte DNA-Schnitte; ermöglicht präzise genetische Veränderungen.

Details:

• Anwendung: Genom-Modifikation in Organismen
• Mechanismus: gRNA führt Cas9 zu spezifischer DNA-Sequenz; Cas9 schneidet DNA
• Nutzen: gezielte Mutationen, Gene-Knockouts, Genkorrektur
• Komponenten: Cas9-Protein, guide RNA (gRNA)
• Vorteile: hohe Präzision, Effizienz, Vielseitigkeit
• Anwendungsbereiche: medizinische Forschung, Landwirtschaft, Biotechnologie

Fermentationstechniken

Definition:

Techniken zur Nutzung von Mikroorganismen oder Enzymen zur Umwandlung von organischen Stoffen in Endprodukte unter anaeroben Bedingungen.

Details:

• Substrat: Glucose, Laktose, etc.
• Produkte: Ethanol, Milchsäure, CO2, etc.
• Typen: alkoholische, milchsaure, buttersäure.
• Sterilisation erforderlich.
• Batch, Fed-Batch und kontinuierliche Prozesse.
• Wichtige Mikroorganismen: Hefen, Bakterien.
• Gleichung für alkoholische Gärung: \[ C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2 C_2H_5OH + 2 CO_2 \]
• Gleichung für Milchsäuregärung: \[ C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2 C_3H_6O_3 \]

Stammzellbiologie

Definition:

Stammzellbiologie - Erforschung von Stammzellen, ihren Eigenschaften und Anwendungen.

Details:

• Stammzelltypen: embryonale Stammzellen (ESCs), adulte (somatische) Stammzellen, induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs)
• Wichtige Eigenschaften: Selbsterneuerung, Differenzierungsfähigkeit
• Anwendungen: regenerative Medizin, Krankheitsmodelle, Arzneimitteltests
• Signalwege und Faktoren: Wnt, Notch, Hedgehog, Transkriptionsfaktoren z.B. Oct4, Sox2, Nanog
• Ethische Bedenken und gesetzliche Regelungen
• Techniken: Zellkulturen, CRISPR/Cas9-Geneditierung

Ethische Dilemmata in der Genforschung

Definition:

Ethische Konflikte bei der Anwendung genetischer Wissenschaften.

Details:

• Grundsatzfragen: Wie weit darf Wissenschaft gehen?
• Gen-Editing: CRISPR, Designer-Babys, Genmanipulierte Organismen.
• Gesellschaftliche Auswirkungen: Ungleichheit, Zugang zu technologischen Innovationen.
• Gesetzliche Rahmenbedingungen: Regulierungen und internationale Richtlinien.
• Patientenrechte: Einwilligung, Datenschutz, Folgenabschätzung.

Rekombinante Proteinproduktion

Definition:

Erzeugung von Proteinen durch genetisch veränderte Organismen.

Details:

• Mit Techniken der Gentechnik eingeführt
• Expression von Fremdgenen in Wirtsorganismus
• Rekombinante DNA-Technologie notwendig
• Häufig verwendete Wirte: Bakterien (z.B. E. coli), Hefe, Säugetierzellen
• Verfahren: Klonierung des Gens, Transformation, Selektion, Expression und Proteinaufreinigung
• Nutzen: Herstellung von Medikamenten, Enzymen, Hormonen (z.B. Insulin)
• Formel: Proteinzusammensetzung = Sequenz der kodierenden DNA

Downstream-Prozessierung

Definition:

Verfahren zur Aufreinigung und Aufbereitung von Produkten nach der Fermentation oder biotechnologischen Produktion.

Details:

• Wichtige Schritte: Zellabtrennung, Zellaufschluss, Filtration, Extraktion, Chromatographie, Fällung, Dialyse
• Ziel: Gewinnung von biotechnologisch hergestellten Produkten in reiner Form
• Schritte erfordern oft spezifische Methoden und Geräte
• Optimierung nötig zur Maximierung des Ertrags und der Reinheit
• Beispielprozesse: Extraktion von Proteinen, Reinigung von Antikörpern

Gewebekonstruktion und -engineerung

Definition:

Interdisziplinäres Feld zur Schaffung funktioneller Gewebe durch Kombination von Zellen, Materialwissenschaft und biochemischen Faktoren.

Details:

• Ziel: Ersatz oder Regeneration geschädigter Gewebe
• Methoden: Zellkultur, Bioreaktoren, 3D-Druck
• Zellquellen: Stammzellen, differenzierte Zellen
• Scaffolds: Biokompatible Gerüste zur Unterstützung des Zellwachstums
• Bioreaktoren: Simulieren physiologische Bedingungen zur Unterstützung der Gewebeentwicklung
• Anwendungen: Medizintechnik, Pharmaforschung, regenerative Medizin
• Herausforderungen: Immunabwehr, Integration ins Körpergewebe