Genbibliothek

Dieser Artikel beschäftigt sich mit Genbanken als Synonym von Genbibliotheken. Für die Datenbank des NCBI siehe GenBank.

Eine Genbibliothek, auch genomische Bibliothek, DNA-Bibliothek oder Genbank, beherbergt das gesamte Genom eines Organismus in Form von definierten DNA-Teilstücken auf Vektoren in einzelligen Träger-Organismen oder Phagen. Diese Träger-Organismen dienen der Speicherung und Vervielfältigung der Fragmente zum Zweck molekularbiologischer Untersuchungen.

Beim Anlegen einer Genbibliothek werden in der Regel, durch enzymatischen Verdau von genomischer DNA mit Restriktionsenzymen, zunächst Fragmente des kompletten Genoms eines spezifischen Organismus hergestellt. Jedes Fragment enthält ein oder mehrere Gene und wird separat über einen sog. Vektor in einen einzelligen Organismus (E. coli, S. cerevisiae oder andere) oder Phagen eingeführt. Dieser Prozess wird auch als Transformation bzw. Transduktion bezeichnet. Der Einzeller vervielfältigt einhergehend mit seiner eigenen Vermehrung durch Zellteilung das ihm eingefügte DNA-Fragment und bildet auf entsprechendem Nährboden eine Kolonie. Im Labor werden entsprechend viele Kolonien erzeugt und kultiviert, die benötigt werden um das gesamte Genom eines Organismus, fragmentiert in Einzelkolonien, unterzubringen.

Die Größe der Fragmente hängt maßgeblich von den zur Klonierung verwendeten Vektoren ab. Die Kapazität (maximal fassbare Fragmentgröße) der Vektoren relativ zur Gesamtgröße des Genoms ist in der Regel sehr klein. Heute werden YACs und BACs verwendet, da diese Vektortypen eine recht hohe Fragmentgröße von bis zu etwa 150 kbp bzw. 300 kbp erlauben. Damit kann man das menschliche Genom von grob 3.200.000 kbp in etwas mehr als 10.000 bzw. 20.000 Fragmenten unterbringen. Dies stellt eine enorme Verbesserung im Vergleich zu früheren Methoden dar, bei denen das menschliche Genom noch in 35 kbp- oder sogar 17 kbp-Fragmente unterteilt werden musste. Die DNA-Fragmente können auch in Phagen eingebracht werden, deren Aufnahmekapazität ist allerdings sehr viel geringer (max. 25 kbp) als die der zuvor erwähnten Vektoren.

Ist die Genbibliothek einmal erstellt, kann ein benötigtes DNA-Fragment vervielfältigt werden, indem die Zellen der entsprechenden Kolonie auf einem geeigneten Nährboden zur Vermehrung gebracht werden. Durch spezielle molekularbiologische Techniken kann das DNA-Fragment aus dem Träger-Organismus reisoliert werden. Dabei wird der zur Speicherung und Vervielfältigung genutzte Organismus lysiert, die freigesetzte DNA chemisch aufgereinigt und der eingebrachte Vektor mit dem DNA-Fragment von der Wirts-DNA isoliert (Plasmidpräparation). Im Labor sind die Kolonien in der Regel so gekennzeichnet, dass bekannt ist, welcher Position im Genom das beherbergte Fragment entspricht. Durch Hybridisierung oder durch Sequenzierung und Abgleich der erhaltenen DNA-Sequenz über eine DNA-Sequenzdatenbank (z.B. GenBank) kann die Position des DNA-Fragmentes (und damit der enthaltenen Gene) im Genom allerdings jederzeit überprüft werden.

siehe auch: cDNA-Bibliothek

Genbank-Kulturpflanzen

Weltweit bestanden 2007 ca 1400 staatlich kontrollierte öffentliche Saatgutbibliotheken die man als Genbanken der Kulturpflanzen bezeichnet. Der weltweit größte Tresor speziell für Samen und Pflanzgut von Nutzpflanzen, das Svalbard Global Seed Vault, entsteht derzeit in Longyearbyen auf Spitzbergen. Tief im permanent gefrorenen Fels der arktischen Insel, die nur etwa tausend Kilometer vom Nordpol entfernt liegt, soll künftig bei Permafrost Saatgut aus aller Welt sicher lagern, geschützt vor Naturkatastrophen, Epidemien oder gar einem Atomkrieg.

Die Lagerstätte wird von der norwegischen Regierung errichtet in Kooperation mit dem Welttreuhandfonds für Kulturpflanzenvielfalt, einer UN-nahen Stiftung, die auch von der Bundesregierung (Deutschland) und der Bill & Melinda Gates Foundation gesponsert wird. Hauptziel der Initiative ist eine möglichst vollständige Erhaltung der 21 wichtigsten Nutzpflanzenarten wie Reis, Mais, Weizen, Kartoffeln, Äpfel, Maniok, Wasserbrotwurzel oder Kokosnuss und deren riesiger Sortenvielfalt. Vorrangig werden seltene Kultursorten gebunkert, die für Landwirte in Entwicklungsländern von Bedeutung sind. Der Tresor soll mehrere Millionen Saatgutproben fassen.

Die deutsche "Genbank-Kulturpflanzen" geht auf eine Gründung im Kriegsjahr 1943 zurück die damals in Gatersleben eingerichtet wurde. Das Hauptziel war der Schutz und die Erhaltung der genetischen Vielfalt von landwirtschaftlichen und gärtnerischen Nutzpflanzensorten in Deutschland durch Sicherung von Saat- und Pflanzgut in Kühlhäusern und deren Erhaltungszüchtung durch Nachbau im Feld und Glashaus.

Im Nachkriegsdeutschland wurde in Westdeutschland eine vergleichbare staatliche "Saatgutbibliothek" an der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft in Braunschweig eingerichtet, die unter Manfred Dambroth eine erfolgreiche Initiative zur Sammlung alter regionaler Landsorten verschiedenster Nutzpflanzengattungen und Wildpflanzen durchführte. Im Rahmen der Wiedervereinigung wurde diese Sammlung an das neugegründete Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben übergeben. Dort waren 2007 mehr als 150.000 Saat- und Pflanzgutmuster von über 3000 Nutzpflanzenarten und nahezu 800 Pflanzengattungen in Kühlhäusern gelagert sowie durch Nachbau evaluiert, charakterisiert und dokumentiert.

Weblinks

Quellen

  • Raupp, Manfred G.: Anforderungen an eine landwirtschaftliche Datenbank. Situationsanalyse für die Arbeitsgruppe "Ispflanz" der Universität München Weihenstephan, Stutensee - Staffort, 1976.
  • Raupp, Manfred:G.: Überlegungen zur Lage der deutschen Landwirtschaft, ihrer Weiterentwicklung sowie Konsequenzen für die Tätigkeiten im Bereich Saatgut, Gentechnologie und Industrierohstoffe. Ciba-Geigy Frankfurt, 1985.
  • Zeitschrift DIE ZEIT, 9. August 2007 Nr. 33

Die News der letzten Tage

26.05.2022
Zytologie | Immunologie
Ein potenzieller Jungbrunnen für das Immunsystem
Im Alter nimmt die Leistung der Immunabwehr ab, ältere Menschen sind anfälliger für Infektionen.
25.05.2022
Klimawandel | Meeresbiologie
Schwund von Kieselalgen wegen Ozeanversauerung
Kieselalgen sind die wichtigsten Produzenten von pflanzlicher Biomasse im Ozean.
25.05.2022
Klimawandel | Meeresbiologie
Neues von großen Korallenriffen und ihrer Anpassungsfähigkeit an die Klimaerwärmung
Viele Steinkorallen leben in einer Symbiose mit einzelligen Algen, die die Grundlage für die Entstehung der großen Korallenriffe darstellt.
25.05.2022
Ökologie | Klimawandel
Sibirische Tundra: Bis Mitte des Jahrtausends komplett verschwunden?
Die Erderhitzung lässt die Temperaturen in der Arktis rasant steigen.
25.05.2022
Primatologie
Wenn männliche Kumpel weniger wichtig werden als weibliche Paarungspartner
Enge Freundschaften zwischen Männchen sind im Tierreich selten, da Männchen in der Regel um Rang und Zugang zu Weibchen konkurrieren.
24.05.2022
Entwicklungsbiologie
Sind Mütter von Zwillingen fruchtbarer?
Sind Frauen, die Zwillinge haben, fruchtbarer?
23.05.2022
Bionik, Biotechnologie, Biophysik
Mikropartikel mit Gefühl
Ein internationales Forschungsteam hat winzige Partikel entwickelt, die den Sauerstoffgehalt in ihrer Umgebung anzeigen.
23.05.2022
Paläontologie | Klimawandel | Meeresbiologie
Korallen als Klimaarchive
Ungewöhnlich gut erhaltene Riffkorallen aus der Geologisch-paläontologischen Sammlung der Universität Leipzig bergen ein großes Geheimnis: Sie lassen uns weit in die Vergangenheit reisen und die klimatischen Verhältnisse in unseren Breiten rekonstruieren.
19.05.2022
Ethologie | Meeresbiologie | Säugetierkunde
Delfine behandeln Hautprobleme an Korallen
Indopazifische Grosse Tümmler reiben sich vom Schnabel bis zur Schwanzflosse an Korallen: Forscherinnen belegen nun, dass die von den Delfinen speziell ausgesuchten Korallen biofunktionelle Eigenschaften aufweisen.
19.05.2022
Taxonomie | Paläontologie | Amphibien- und Reptilienkunde
Neue Krokodilart lebte vor 39 Millionen Jahren in Asien
Wissenschaftler haben in Vietnam die Fossilien einer bisher unbekannten Krokodilart identifiziert: Das knapp vier Meter lange, fast vollständig erhaltene Skelett aus der Fundstelle Na Duong gehört zu den langschnäuzigen Krokodilen aus der Verwandtschaft der Sundagaviale.