Geben Sie eine Definition für den Begriff „Biotechnologie“ („Gentechnik“)
Einsatz von biologischen Organismen/ Prozessen, um die Herstellung und Verbesserung von Gütern zu gewährleisten
Gentechnik: Veränderung des Erbguts, um Ertrag zu steigern
Was sind DNA-rekombinationstechnisch hergestellte pharmazeutische Produkte?
Ein Produkt, welches durch genetisch modifizierte Zellen hergestellt wird. Das Produkt wird in das Medium extrahiert.
Charakterisieren Sie im Zusammenhang mit Gentechnologie das Enzym Terminale Desoxynukleotidyl-transferase (Reverse Transkriptase, DNA-Ligase, Taq-Polymerase, Poly-A Polymerase)
Terminale Desoxynukleotidyl-Transferase: häng am 3‘ OH Ende beliebige Nukleotide an. Dabei müssen Magnesium und Cobalt Ionen anwesend sein
Reverse Transkriptase: Eingesetzt, um cDNA-Banken herzustellen.
DNA-Ligase: katalysiert die Bindung zwischen Phosphoesterbindungen zwischen benachbarten 3’OH und 5’OH Phosphatenden innerhalb eines DNA-Strangs
TaqPolymerase: Eingesetzt bei der PCR-Reaktion: Die Primer werden verlängert
PolyAPolymerase: arbeitet analog zu Terminalen Transferase, verwendet nur RNA und ATP als Substrat
Wofür steht die Abkürzung G-CSF?
Granulozyten-koloniestimuierender Faktor
Was versteht man unter „Biosimilars“/ „Generika“/ „Bioidenticals“?
Biosimilars: Ähnliche Produkte zum Hauptprodukt, die physiologische Wirkung muss gleich sein, neue klinische Studien erforderlich
Generika: Exakte Produktion gleicher Strukturen, keine zusätzlichen klinischen Studien
Bioidenticals: Identisches Pharmazeutisches Produkt mit identischen Produktionswegen
Charakterisieren Sie 2 kommerzielle Insulin-Muteine
Umwandlung von Schweininsulin in menschliches Insulin: Über den Austausch von einer Aminosäure zur anderen (Alanin zu Tryptophan)
Künstliche Insulinvarianten durch Protein-engineering: Herstellung von Hexameren und aufbrechen in Monomere im Blut
Nennen Sie Beispiele für DNA-rekombinationstechnisch hergestellte Arzenistoffe
Insulin
Definieren Sie den Begriff Fermentationsprodukte und grenzen Sie ihn von DNA-rekombinationstechnisch hergestellten Produkten ab.
Aktive oder Inaktive Produkte, die primäre oder sekundäre Stoffwechselprodukte bestimmter Pflanzen sind, welche durch kontrollierte Fermentation hergestellt werden. Dabei kann der Vektor rekombinantisch verändert sein, muss aber nicht. Hergestellt werden Vitamine, Aminosäuren, Antibiotika oder Alkaloide. Es sind lebende Zellen mit hoher Ausbeute und Konzentration des Produkts, einfache katalytische Herstellungsverfahren und einfache Isolation.
Rekombinantisch hergestellte Produkte sind schwerer zu isolieren, haben eine geringer Dichte der Konzentration.
Charakterisieren Sie tierische (pflanzliche, pilzliche, bakterielle) Zellen im Hinblick auf ihren Einsatz zur Kultivierung in Bioreaktoren
Pflanzliche: Pflanzen können haploid, diploid, oligoploid oder aneuploid vorliegen. Die Verdopplungszeit liegt bei 20-150 Stunden. Pflanzen können durch Phytohormone zu verschiedenen Organen der Pflanze differenzieren.
Pilzlich: Pilze können sich geschlechtlich und ungeschlechtlich vermehren. Es liegen viele Zellen unterschiedlichen Alters vor, was Einfluss auf verschiedene Stoffwechselprodukte hat.
Bakteriell: Bakterien sind haploid und vermehren sich ungeschlechtlich innerhalb bis zu 60 minuten. In kurzer Zeit hohe Biomassezahlen.
Nennen und skizzieren Sie drei Bautypen von Bioreaktoren.
Trommelreaktor
Schaufelradreaktor
Blasensäulenreaktor
Welche für die Fermentation wichtigen 5 Parameter sind online im Bioreaktor gut messbar?
T, pO2, pH, aeration, rpm
Was versteht man in der Fermentation von Zellen unter Verfahren oder Betriebsart? Nennen Sie mindestens zwei verschiedene Betriebsarten.
Batch-Verfahren: Ein Satz: Zellen, Medium, Substrat werden hinzugegeben, nach einiger Zeit das Produkt geerntet
Fed-Batch-Verfahren: Ein Satz: Zellen und Medium hinzugegeben, nach einiger Zeit das Substrat, Zellen und Produkt geerntet
Repetitive fed-Batch-Verfahren: 1. Teil wie fed-Batch-Verfahren dann: Ein Teil der Zellen werden geerntet, Medium und Substrat hinzugegeben und weiter wachsen gelassen
Beschreiben Sie den zweistufigen semi-kontinuierlichen Satzbetrieb
Beschreiben Sie die Grundprinzipien (Auftragemengen, Puffersysteme, Elutionsmittel,
Säulenmaterialien.etc.) der Gelfiltration (Ionenaustauschchromatografie, Metallchelatchromatografie, Hydrophobe Interaktionschromatografie, Affinitätschromatografie).
Gelfiltration: Auftrennung der Proteine nach ihrer Größe. Gelbett bilden poröse Kügelchen bestehend aus Acryl-vernetzten Dextranen/ Polyacrylamid/ porösem Glas.
Ionenaustauschchromatographie: Auftrennung der Proteine nach Ladung. Anionen und Kationentauscher. Träger sind Polysacharide. Elution durch Erhöhung der Salzkonzentration.
Metallchelatomchromatographie: Reinigung des Proteins durch Anhängen von Histidinmolekülen. Puffersysteme aus Zink oder Nickel-NTA Ionen. Elution durch pH Wert Einstellungen.
Beschreiben Sie die Methodik der SDS-PAGE und die Funktion der einzelnen Komponenten in Gel, Probenpuffer, Laufpuffer
Proteine werden auf Grund ihrer Größe und Ladung aufgetrennt. Dazu werden zwei Gele verwendet, das Sammel und das Trenngel. Im Sammelgel werden die Proteine in ihre lineare Form gebracht und oberhalb dem Trenngel gesammelt. Im Trenngel werden die Proteine dann aufgetrennt. Polyacrylamide werden verwendet, um das Gel zu vernetzen. Die Polymerisation erfolgt durch APS und TEMED initiiert als Katalysator. Häufig werden Moleküle verwendet die die Proben beschweren, sodass sie in die Taschen sinken, zb Glycerin.
Welche chromatographische Verfahren werden zur Trennung und oder Reinigung von Proteinen eingesetzt?
Gelfiltration, Ionen-Austausch-Chromatographie, Affinitätschromatographie, Hydrophobe Chomatographie
Welches sind mikrobielle Produkte aus der Nachfolgenden Auswahl?
Organische Säuren
Aminosäuren
Antibiotika
Welche Faktoren können die mikrobielle Produktion von Zitronensäure positiv beeinflussen?
Saurer pH Wert, hoher Sauerstoffpartialdruck, Überexpression des Cex1 Gens, Verringerung der Eisenionen
Was versteht man unter mikrobieller Transformation in der Biotechnologie. Nennen Sie 3 Vor-und 3 Nachteile gegenüber einer herkömmlichen Fermentation.
Spezifische enzymatisch katalysierte Stoffumwandlungen, um ein bestimmtes Produkt zu erhalten. Vorteile sind schnelle Reaktionszeiten mit hoher Produktkonzentration und einfachen Isolierungsmethoden. Hohe Kosten
Skizzieren Sie das biotechnologische Verfahren zur Gewinnung der Zitronensäure und nennen/beschreiben Sie 4 wichtige Schritte.
Fermentation: Mikroskopisch kleine Pilze wie Aspergillus niger werden verwendet, um Zitronensäure zu produzieren. Diese Pilze fermentieren Zucker zu Zitronensäure.
Filtration und Anpassung: Der Zitronensaft wird gefiltert und alkalisch eingestellt, um den optimalen pH-Wert für die Zitronensäureproduktion zu erreichen.
Komplexbildung: Durch Zugabe von Calciumchlorid entsteht ein wasserlöslicher Komplex, der die Zitronensäure enthält.
Isolation und Reinigung: Die Zitronensäure wird aus der Lösung isoliert und gereinigt, um ein hochwertiges Produkt zu erhalten.
Was sind natürliche Penicilline, biosynthetische Penicilline, partialsynthetische Penicilline. Wie werden sie hergestellt?
Natürliches Penicillin: Penicillin G: Benzyl-Penicillin
Nennen Sie 3 Toxoid-Impfstoffe, die fermentativ (nicht DNA-rekombinationstechnisch!!) hergestellt werden.
Diphterie-toxin, Botulinum-toxin, Choleratoxin
Nennen Sie 4 Proteine, die fermentativ (nicht DNA-rekombinationstechnisch!!) hergestellt werden.
DNAsen, Streptokinase, Asparaginase, ßGalaktosidase
Ist die Nachfolgende Definition zu Pathway Engineering korrekt: Unter Pathway Engineering versteht man die Manipulation genetischer und regulatorischer Prozesse, um bestimmte Metabolite zu produzieren?
Bennen sie eine sinnvolle Reihenfolge für die Schritte die für ein Pathway Engineering von Bedeutung sind?
Anforderungsanalyse: Identifizieren Sie den gewünschten Stoffwechselweg und die gewünschten Produkte.
Enzymauswahl: Wählen Sie Enzyme aus, die den gewünschten Reaktionen entsprechen.
Proteindesign: Verändern Sie bestehende Enzyme, um ihre Aktivität oder Spezifität anzupassen.
Genommodifikation: Fügen Sie die Gene für die ausgewählten Enzyme in den Organismus ein (z. B. durch Plasmide bei Bakterien).
Stoffwechselwegkonstruktion: Setzen Sie die modifizierten Enzyme zusammen, um den gewünschten Stoffwechselweg zu erstellen.
Optimierung: Feinabstimmung der Enzymaktivitäten und -konzentrationen, um den gewünschten Produktfluss zu erreichen.
In welchen Pflanzenteilen der verschiedenen Eiben Arten befinden sich Paclitaxel?
Nadel, Rinde
Paclitaxel wird in Pflanzlichen Zellkulturen hergestellt. Welche Elicitoren haben einen positiven Einfluss auf die Paclitaxel Produktion?
Methyljasmonat: Dieses Phytohormon kann die Paclitaxel-Biosynthese stimulieren
Chitosan: Eine Kombination aus Chitosan, Methyljasmonat und anderen Elicitoren kann die Paclitaxel-Produktion erhöhen
Fungale Elicitoren: Bestimmte Pilz-Elicitoren können ebenfalls die Paclitaxel-Produktion anregen
AgC (Silbernanopartikel): AgC kann synergistisch mit anderen Elicitoren wirken und die Paclitaxel-Produktion steigern
Definieren Sie den Begriff „Pathway Engineering“
Manipulation genetischer und regulatorischer Prozesse, um bestimmte Metabolite zu produzieren
Beschreiben Sie den Ansatz „Muta(bio)synthesis“ zur Herstellung bestimmter Stoffwechselprodukte
Chemische Synthese gekoppelt mit biologischen Prozessen
Entwerfen Sie unter Einbindung des Pathway Engineering ein Konzept zur Herstellung von Artemisinin (Progesteron, Digitoxigenin)
Amorpha-4,11-diene-Synthase (ADS): Dieses Enzym katalysiert den ersten Schritt im Artemisinin-Biosyntheseweg. Es wandelt Farnesylpyrophosphat (FPP) in Amorpha-4,11-diene um ADS ist ein Schlüsselenzym für die Artemisinin-Produktion.
Metabolitfluss steuern: Durch gezielte Genmodifikationen können wir den Fluss von Zwischenprodukten im Stoffwechselweg erhöhen. Dies kann die Artemisinin-Ausbeute verbessern.
Überexpression von Enzymen: Überexprimieren Sie Enzyme, die an der Artemisinin-Biosynthese beteiligt sind. Dies kann die Produktionsrate erhöhen.
Elicitoren verwenden: Elicitoren wie Methyljasmonat können die Artemisinin-Produktion stimulieren. Sie aktivieren die Expression der relevanten Gene.
Welche Methoden und Techniken werden in der Produktion von Naturstoffen in pflanzlichen Zellkulturen eingesetzt?
Biosynthese, Kalluskulturen, Suspensionskulturen
In welchen Pflanzenteilen findet sich Paclitaxel in der pazifischen Eibe?
Nadeln, Rinde
Welche biotechnologischen Möglichkeiten gibt es derzeit für die Produktion von Paclitaxel?
Biosynthetisch aus Baccatin 3 in der Fermenteranlage und über die Taxus hairy roots Methode
Was sind Hairy Roots, wie werden sie gewonnen und welche Vor- bzw. Nachteile bieten sie?
Sie werden gewonnen aus einer Kultur mit A rhizogen befallen.
Schnelle Wachstumsraten, genetische und biochemische Stabilität aber nur in kleinen Mengen vorhanden
Nennen Sie 8 Impfstoffe (keine Toxoid-Impfstoffe!!), die in tierischen Zellkulturen hergestellt werden.
Masern-Mumps-Röteln-Impfstoff (MMR)
Varizellen-Impfstoff
Hepatitis-B-Impfstoff
Gürtelrose-Subunit-Totimpfstoff
Influenza-Impfstoffe
Cholera-Schluckimpfstoff
FSME-Impfstoff
Polio-Impfstoff (IPV)
Worin ist die Spezifität von Antikörpern begründet?
In der Fab Region, welche aus einem Teil der schweren Kette und der leichten Kette besteht, diese ist variabel und bindet spezifisch an das Epitop eines spezifischen Pathogens. Durch spezielle genetische Mechanismen kommt diese Spezifität zustande.
Nennen Sie 5 Antikörper-Klassen.
IgG, IgM, IgA, IgD, IgE
Wie erhält man Fab und F(ab’)2-Fragmente?
Mit der Behandlung mit Pepsin, dieser spaltet die Fc Region unterhalb der Disulfidverbindung zwischen Fab und Fc ab und verdaut diese, übrig bleibt die F(ab‘)2 Region
Erläutern Sie das klassische Prinzip der Herstellung monoklonaler Antikörper.
Zunächst werden Hybridomzellen hergestellt, diese sind fusionierte Zellen aus einer B Lymphozyte und einer Myelomzelle. Diese Zellen geben dann bei B Zell-Stimulation den gebildeten Antikörper ins Medium ab.
Nennen Sie 5 Beispiele für Blutparameter, die man mit Antikörpern nachweisen kann (aus 5 unterschiedlichen Gruppen)
Hormone: Cortison
Tumormarker: CEA
Gerinnung: Protein C
Diabetes: HbA1c
Herzinfarkt: Troponin T
Viren: Hepatitisviren
Cytokine: Interleukine, Interferone
Definieren Sie: Biomarker und geben Sie 3 Beispiele dafür.
Messbare biologische oder molekulare Größen, die einen normalen oder pathologisches Prozess oder die Antwort auf eine therapeutische Intervention anzeigen.
Blutdruck
LDL-Cholesterinspiegel
Körpertemperatur
Was sind Risikomarker, Risikofaktoren und Surrogatparameter?
Risikomarker: kein kausaler Zusammenhang entdeckt
Risikofaktoren: Kausaler Zusammenhang nachgewiesen
Surrogatparameter: spiegelt die Wirkung der Intervention wieder
Nennen Sie zwei Biomarker für Koronare Herzerkrankung.
LDL-Colesterol, Blutdruck
Nennen Sie 5 Indikationsgebiete für therapeutische Antikörper und nennen Sie jeweils ein Beispiel dazu (mit Target)
Tumorerkrankungen: MAK zur Immunsupression: Rituximab: CD20 Protein
Autoimmunerkrankungen: LFA,
Organtransplantation: Daclizumab: Corticosteroiden, Il2 Antagonist
Sepsis: Tocilizumab: Anti IL6
Antidot: Omalizumab: SP2/0 Zellen IgE
Nennen Sie drei MAK die zur Immunsuppression (in der Tumortherapie, anderen Erkrankungen) eingesetzt werden und definieren Sie das Einsatzgebiet genauer.
Organtransplantation: Daclizumab: Corticosteroiden
Muronomab: Gegen T-Zell-Rezeptorkomplex
Nennen Sie drei Fusionsproteine, die bei Entzündungen (incl. Rheuma) eingesetzt werden und charakterisieren Sie dies (Target, Aufbau)
Abatacept: Kombinationsprodukt bei Arthritis
Infliximab: chimärer MAK der TNFa inhibiert
Etanecerpt: Dimer bindet 2 TNF-Moleküle
Nennen Sie drei kommerzielle rekombinant hergestellte Cytokine und ihr Einsatzgebiet.
Interferon a: Leukämie, Melanome, Karzinome
Interferon ß: MS
IL2: Wachstumsfaktor
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