Experiment zur Genexpression (GFP)

Eine schöne Anwendung der "Regulation der Genexpression" wird in der Gentechnik eingesetzt. So werden diverse Promotoren ganz gezielt zur Herstellung von Proteinen in einer "Produktionszelle" wie z.B. Escherichia coli eingesetzt.

Grün leuchtende Zellen

Das hier gezeigte Beispiel ist interessant, da das Endprodukt (die E. coli-Zelle, welche das gewünschte Protein erzeugt) mit einer grünen Fluoreszenz sichtbar zu machen ist.

In unserem Beispiel kommt nicht der Promotor des Lactose-Operons zum Einsatz, sondern der Promotor des Arabinose-Promotors. Wie beim Lac-Operon dienen auch die durch die Gene im Operon codierten Proteine zum Abbau eines Zuckers. In diesem Fall zum Abbau von Arabinose.

Auch beim Ara-Promotor muss eine Induktion über das Substrat (Arabinose) vorliegen, um die Proteinherstellung, also 1.) die Transkription der im Operon codierten Gene und 2.) die Translation der Proteine, zu ermöglichen.

pGLO -> neben der Geninformation für das GFP (green fluorescent protein) findet sich der Arabinosepromotor und ein Gen für die Ampicillin-Resistenz.

Experiment: Transformation von E. coli mit dem Plasmid pGLO (BioRAD)

E. coli-Zellen werden mit dem Plasmid pGLO versetzt und die kompetenten Zellen können durch eine Hitzeschockbehandlung die Plasmid-DNA aufnehmen. Damit besitzen die "rekombinanten" oder "transgenen" Bakterienzellen zusätzlich folgende Informationen im Vergleich zu unbehandelten Bakterienzellen:

• Gen für gfp -> "Green Fluorescent Protein"
• Resistenzgen für das Antibiotikum Ampicillin

Zellen, die das pGLO-Plasmid aufgenommen haben, werden nun auf verschiedenen Nährböden ausgestrichen:

1. Wachstumsmedium mit Ampicillin

2. Wachstumsmedium mit Ampicillin und Arabinose

Auf welchem Medium werden die Zellen leuchten?

Zellpellet in Reaktionsgefäß: E.coli-Zellen, die GFP hergestellt haben, leuchten im UV-Licht.

Befund:

1.) Auf dem ersten Medium können alle Zelle wachsen, die das Plasmid aufnehmen konnten. Alle diese Zellen haben eine Antibiotikaresistenz gegen Ampicillin. Zellen, die kein Plasmid aufgenommen haben, sind auf diesem Medium nicht zum Wachstum befähigt.

2.) Für das zweite Medium gilt alles, was bereits für 1.) gilt!
Zusätzlich enthält das Wachstumsmedium aber noch den Zucker Arabinose. Nun wird das Produktionssystem das 3' des Arabinose-Promotors geschaltet ist, aktiviert. Die mRNA des gfp-Gens wird transkribiert, das Protein in den Zellen erzeugt. Unter UV-Licht leuchten die Zellen stark grün!