Frühjahrsprogramm 2008 DNA: Bausteine des Lebens Konzeption und Kursleitung: Pascale Ohnsorg...

Frühjahrsprogramm 2008

DNA: Bausteine des LebensKonzeption und Kursleitung:

Pascale Ohnsorg Philipp Taxböck

Michael Röthlisberger

Organisation:

Dr. Peter Jann

Begrüssung, Rückblick

Theorie Restriktionsenzyme

Ansetzen des Verdaues

Auswertung Experiment mtDNA

Kursleiter 3. Teil:Philip Taxböck & Michael Röthlisberger

Deoxyribonucleic Acid

Desoxyribonucleinsäure

Repetition - DNA

Restriktionsenzym

Restriktion Enzym

5`-GAATTC-3`3`-CTTAAG-5`

5`-CTNAG-3`3`-GANTC-5`

5`-GCCNNNNNGGC-3`3`-CGGNNNNNCCG-5`

Dde1

Bgl1

EcoR1

Restriktionsenzyme – Herkunft der Namen

Restriktionsenzym

Bakterium Beschreibung

EcoR1 Escherichia coli

Darm von Tier und Mensch, gerade Stäbchen

Bgl1 Bacillus globigii

Harmlos für Menschen, allgegenwärtig in herumfliegendem Staub, Stäbchen

Dde1 Desulfovibrio desulfuricans

Sulfat reduzierendes Bakterium, weit verbreitet, gekrümmte Stäbchen

pUC 19 Plasmid2686 Basenpaare lang

Warum gibt es Restriktionsenzyme?

Werner Arber, *1929 in GränichenNobelpreis für Physiologie oder Medizin 1978

Warum gibt es Restriktionsenzyme?

Warum gibt es Restriktionsenzyme?

2

Pause

Wie gross werden die Fragmente sein?

DNA-Plasmid pUC-19

XXX

1. Schnittstelle bestimmen Eco RI: 396 Bgl I: 245,1813 Dde I: 171,1081,1490,

1656, 2196, 2622

2. Teilstücke berechnen

0Plasmid puc 19

Gesamtlänge 2686 bp2686

500

1000

Etc. ...

2. Teilstücke berechnen Eco RI: 396 0

Plasmid puc 19

Gesamtlänge 2686 bp2686

500

1000

396

2. Teilstücke berechnen Eco RI: 396

Eine Schnitt-stelle

Ein Fragment

Länge des Fragmentes: ???

0Plasmid puc 19

Gesamtlänge 2686 bp2686

500

1000

396

2. Teilstücke berechnen Eco RI: 396

Eine Schnitt-stelle

Ein Fragment

Länge des Fragmentes: ???

0Plasmid puc 19

Gesamtlänge 2686 bp2686

500

1000

396

2. Teilstücke berechnen Eco RI: 396

Eine Schnitt-stelle

Ein Fragment

Länge des Fragmentes: 2686 bp

0Plasmid puc 19

Gesamtlänge 2686 bp2686

500

1000

396

2. Teilstücke berechnen Bgl I: 245,1813

Zwei Schnitt-stellen

Zwei Fragmente

Länge der Fragmente:

Gesamtlänge 2686 bp

0Plasmid puc 19

2686

500

1000

245

1813

2. Teilstücke berechnen Bgl I: 245,1813

Zwei Schnitt-stellen

Zwei Fragmente

Länge der Fragmente: 1118, 1568

Gesamtlänge 2686 bp

0Plasmid puc 19

2686

500

1000

245

1813

2. Teilstücke berechnen Dde I:171,1081,1490,1656, 2196, 2622

Drei Schnitt-stellen Drei Fragmente

Länge der Fragmente: 166, 235, 409, 426, 540, 910

Gesamtlänge 2686 bp

0Plasmid puc 19

2686

500

1000

171

10811490

1656

2196

2622

Bakterien produzieren menschliches Insulin Eine der ersten Anwendungen der Gentechnologie

Ein Beispiel aus der Praxis: Ein Beispiel aus der Praxis: Das InsulinDas InsulinNach dem Essen: Blutzuckerspiegel

Insulin wird von der Bauchspeicheldrüse hergestellt

Der Zuckergehalt im Blut sinkt, da Körperzellen den Zucker durch Insulin aufnehmen und verarbeiten (Energiegewinnung)

Bei fehlendem oder funktionslosem Insulin: Blutzuckerspiegel bleibt

- Durst - Sehstörungen

- Harndrang - Infektionen

- Müdigkeit - Gewichtsverlust

- Kraftlosigkeit - Koma

Gegen die Zuckerkrankheit gab es Anfang des 20. Jahrhunderts kein anderes Mittel als Hungern.

Ein Beispiel aus der Praxis: Ein Beispiel aus der Praxis: Das InsulinDas Insulin

Frederick Banting hat als erster Forscher Insulin aus den Bauchspeicheldrüsen von Hunden gewonnen

Ein Beispiel aus der Praxis: Ein Beispiel aus der Praxis: Das InsulinDas Insulin

mtDNA-Experiment: Ueberblick

-Mundschleimhaut gewonnen-mitochondriale DNA (mtDNA) isoliert

-Gezielt eine sehr individuelle Region der mtDNA vervielfältigt („HVR1“)

-Vervielfältigte Sequenzen gelesen

Analyse der Sequenzen

mtDNA-Experiment: Die Sequenzen

mtDNA-Experiment:

Die Cambridge Reference Sequence

-Die mtDNA eines/einer Europäer/in wurde sequenziert, die Sequenz im Jahre 1981 im Fachmagazin „Nature“ publiziert

-inzwischen leicht korrigiert

-Jede heutige mtDNA Analyse zeigt als Resultat die Abweichungen zu dieser Cambridge Reference Sequence

-Die Abweichungen sind spezifisch für bestimmte Völkergruppen

mtDNA-Experiment: Völkerwanderung

Zwischen 40% und 60% der Europäer (sowie auch die CRS) gehören einer Haplotyp H Subklasse an.

mtDNA-Experiment: Die Haplogruppen

-Verschiedene Völkergruppen unterscheiden sich also verschieden stark von der Cambridge Reference Sequence (H2b)

-Die Unterschiede bestehen in verschiedenen Basen-Varianten an bestimmten Stellen in der mtDNA-Sequenz

-Untersucht man alle diese Stellen, kann man aus der Kombination dieser Varianten seine „Haplogruppe“ ablesen

-Unsere Analyse reicht nur für einige dieser Stellen, deshalb können wir unsere mtDNA nicht sicher einer Haplogruppe zuteilen, sondern nur

ungefähr

mtDNA-Experiment: Sequenzunterschiede

mtDNA: 16569 bp

D-Loop mit hypervariabler Region 1 (HVR1)

…AGTCGTAGTCGGTAACTGA… C T

mtDNA-Experiment:

Sequenzanalyse in silico

mtDNA-Experiment: Resultate

Position Cambridge Pers. X Pers. Y Pers. Z

16278 C T

16291 C T

16294 C T

16296 C T

19391 T C

16362 T C

mtDNA-Experiment:

Vergleich der eigenen Daten

-z.B.

www.mitosearch.com

Oder

www.genpat.uu.se/mtDB/

www.isogg.org/famousdna.htm

mtDNA-Experiment: Resultate

Position Cambridge Pers. X Pers. Y Pers. Z

16278 C T

16291 C T

16294 C T

16296 C T

19391 T C

16362 T C

Haplogroup

H? H? ??

Phylogenie - Stammbäume

ausgestorben

Orang Utan

Schimpanse

Mensch

Gibbons

Gorilla

24 –14 mya

Orang Utan

Schimpanse

Mensch

Gibbons

Gorilla

ausgestorben Heute

24 –14 mya

Orang Utan

Schimpanse

Mensch

Gibbons

Gorilla

ausgestorben Heute

20 - 18

12,5 9 - 6

8 - 5

ATTT ATTG AAAAAATA

ATTT ATTG AAAAAATA

ATTT ATTG AAAA TTTTAATA

Outgroup

Verschiedene Homo - Arten

Charles Darwin

Beispiel Adaptive Radiation

Charles Darwin Vater der Evolu-tionstheorie

‘On the Origin of Species‘

Beispiel Adaptive Radiation

- Entwicklung verschiedener Schnabelformen

- an verschiedene Nahrungsnischen angepasst

Beispiel Adaptive Radiation

Knospen, Samen, Früchte

Samen, Kerne, Früchte

Blätter Insekten und Raupen

Scabiosa s. str.

S. columbaria.

19

11

8+1

Figure 1: Simplified map of the 3 main distribution centers of Scabiosa s. str. and the number of species.

Skabiose

Beispiel Phylogenetik

Drei unabhängige Verbreitungsgebiete

Wo ist der Ursprung ?

Beispiel Phylogenetik

- Genmaterial sammeln

- Molekularer Stammbaum

- Eine morphologisch ‘primitivere‘ Art als Referenz

- Verwandtschaftsanalyse

- Herkunft: Europa / Naher Osten Wanderung nach Afrika und Asien (Erdgeschichte)

Skabiose

Molekulare Uhr

Great moments in evolution

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!