Skript 1: Bioingenieurswissenschaften

• Klassische Biologie: Gesamter Organsimus bestimmter Tier und/oder Pflanzengruppen in ihrer natürlichen Umgebung und ihren Wechsel-Beziehungen

Medizinisch-pharmazeutischer Ast der Biotechnologie

• Veränderung an Zellen zur Herstellung gewünschter Produkte

• Neue Therapiekonzepte

• Molekulare Diagnostik

• Techniken, die sich mit der Neukombination und der Analyse von Genen beschäftigen

• Teilgebiet der molekularen Genetik, umfasst theoretische Grundlagen als auch praktische Methoden zur Isolierung, Analyse von Genen

• Außerdem gezielte Veränderungen und Neukombinationen von Genen, deren Einführung in einen anderen Organismus sowie deren Vermehrung und Expression im Wirtsorgansimus

Gentechnisch veränderte Organismen

• Biologische Einheit unter Ausnahme des Menschen, die fähig ist, sich zu vermehren und/oder genetisches Material zu übertragen

• Deren genetisches material ist so verändert worden, wie sie unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche rekombination nicht vorkommt

Das Einfügen von Genen in Zellen eines Menschen zur Behandlung von Krankeheiten

Analyse von Genen

• Isolierung und Reinigung von Nukleinsäuren

• Nachweis von Krankheitserregern

• Nachweis von DNA-Veränderungen

• Krebsmedizin - Rechtsmedizin - Transfusionsmedizin

• Expressionsprofile

• Wirkstoffscreening/Wirknachweis/Bioverträglichkeit

Interdisziplinäres Fachgebiet, das inhalte und Fragestellungen der experimentellen Medizin mit den Methoden der Molekularbiologie und der Zellbiologie verbindet.

Ziel der Biomedizin ist die wissenschaftliche erforschung der Ursachen von Krankheiten, um sie zu behandeln bzw. effektiv vorbeugen zu können

Teilbereich der Biomedizin, beschäftigt sich mit:

• der Wiederherstellung funktionsgestörter Zellen, Gewebe und Organe

• dem biologischen Ersatz mit Hilfe gezüchteter Gewebe,

• der Anregung körpereigener Regenerations- und Reparaturprozesse.

Zusammengedrängte Morbidität

Vorbeugung durch Eingriffe in molekulare Prozesse, die altersbedingten Veränderungen / Krankheiten zugrunde liegen

• Erhöhung der durchschnittlichen Lebenserwartung

• Keine Erhöhung der maximalen Lebensspanne

• Aktive Rolle bis zu einem “schnellen Ableben”

Die grundlegenden Alterungsprozesse werden so weit verlangsamt, dass sowohl die durchschnittliche Lebenserwartung als auch die maximale Lebensspanne erhöht werden.

Radikale Weiterentwicklung des “declerated ageing” Ansatzes, der zum Anhalten der Alternsprozesse führen soll

Genominstabilität / zunehmende DNA-Schäden

Anhäufung von DNA- Schäden / Nachlassen zelleigener Reparaturprozesse

(50.000 Schäden/Tag/Zelle)

Oxidativer Stress= Überschuss an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), Gestörtes Gleichgewicht zwischen Antioxidativen und prooxidativen Faktoren

Diese reaktiven Sauerstoffspezies oder freien Radikale können die Makromoleküle in der Zelle weiter beschädigen, insbesondere die DNA, hieraus können unter anderem Brüche der DNA resultieren.

• Moleküle oder Atome, die durch das Vorkommen eines oder mehrerer ungepaarter Elektronen charakterisiert sind

• Sie sind im Allgemeinen sehr reaktionsfreudig

• Reaktive Sauerstoffspezies (ROS/ Sauerstoffradikale) sind schädliche Formen des Sauerstoffs, hierzu zählen auch reaktive Sauerstoffverbindungen ohne Radikalcharakter, wie zB Ozon

ROS sind in niedriger, (physiologischer) Konzentration gesundheitsfördernd, während sie in hoher, (pathologischer) Konzentration zur Entstehung von Krankheiten beitragen

geringe Dosen schädlicher oder giftiger Substanzen können eine positive Wirkung auf Organismen haben

• nicht-lineare Dosis-Wirkungs-Beziehung (d. h. niedrigdosiert = gesund, aber hochdosiert = krankmachend)

• Aktivierung der Mitochondrien

• (etwas) vermehrte Bildung von freien Radikalen

• DIESES führt zur vermehrten Aktivierung der zelleigenen Abwehr gegen Sauerstoffradikale

• Dieses führt in Summe zu weniger Schäden, es entstehen mehr Radikale diese werden aber schneller abgebaut

• Alexis Carrel

• Henrietta Lacks

• Hayflick

1912

• Alle Säugerzellen können sich in Kultur unbegrenzt teilen

• Fibroblasten aus Huhn isoliert die sich dann 34 Jahre kontinuierlich geteilt haben / Tägliche Fütterung mit Hühnerembryogewebe, so extrahiert, dass hiermit ständig frische Fibroblasten übertragen wurden.

• (!) Unsterblichkeit wenn wir nur die die Zellen umgebene Flüssigkeit ständig erneuern

1951, besonders aggressive Form von Krebs

• Epithelzellen eines Zervixkarzinoms (Gebärmutterhalskrebs)

• George Gey - Kultivierung der Zellen, Erste menschliche Zelllinie

(!) Wissenschaftler gingen lange davon aus, dass Zellen außerhalb des menschlichen Körpers unsterblich sind. Sterblichkeit würde somit eine Eigenschaft des gesamten Organismus, nicht aber einzelner Zellen darstellen

(1961) gelang es erstmals normale menschliche dipoloide Zellen zu kultivieren.

• (!) Entdeckte, dass bei „normalen“ menschlichen Zellen (Fibroblasten) nach ca. 50 Teilungen die Zellteilung eingestellt wird (Alterung).

• Friert man Zellen nach ca. 20 Teilungen ein, teilen sich diese nach dem Auftauen noch ca. 30x bevor die Alterung eintritt (Gedächtnis für schon abgelaufene Teilungen??)

• Anzahl der Teilungen hängt von Quelle ab, aus der die Zelle stammt

• Zellen eines älteren Organismus (Mensch) gelangen früher in die Alterung

• Diese maximale Anzahl von Teilungen wird als Hayflick Limit bezeichnet

Zellen stellen Wachstum und Teilung ein

• Seneszente Zellen funktionieren nicht mehr so gut wie junge Zellen

• Arretiert in der G0/G1-Phase des Zellzyklus • Verändertes Genexpressionsprofil

• Ausgelöst durch Telomer-Verkürzung und/oder DNA-Schäden (stressinduzierte, prämature Seneszenz)

Bei jeder Zellteilung werden Chromosomen an ihren Enden (Telomere) kürzer

• DNA Polymerase benötigt RNA-Primer, dieser wird bei der Synthese des nachfolgenden Fragmentes abgebaut und durch DNA ersetzt

• Da der letzte RNA-Primer nicht mehr in DNA umgeschrieben werden kann, verkürzt sich der Folgestrang

• Bei der nächsten Replikation entsteht ein verkürztes Telomer

• Capping: Nur Intakte (längere) Telomere werden von bestimmten Proteinen erkannt und können einen t-loop /Shelterin-Komplex bilden

• Bei Zellen mit stark verkürzten Telomeren, oxidativen DNA-Schäden erfolgt diese Erkennung nicht mehr richtig

• Die „nackten Enden“ würden als Chromosomenbrüche erkannt

  • Chromosomenbruch Reparatursystem

  • Es könnten „End to End-Fusionen“ entstehen

  • Hieraus könnten Translokationen entstehen

  • Hieraus könnte Krebs entstehen

NEIN, da Matrixunabhängige DNA-Polymerisation wissenschaftlich ausgeschlossen sein sollte

• Besonderes Enzym was aus Protein-Komponente (Telomerase reverse transcriptase (TERT)) und RNA-Anteil (Telomerase-RNA-Komponente (TERC)) besteht

• Stellt die Endstücke der Chromosomen (Telomere) wieder her

Als replikative Seneszenz wird der irreversible Verlust der Teilungsfähigkeit menschlicher und tierischer Zellen bezeichnet. (Telomerverkürzung)

Replikative Seneszenz: Vermindert das Krebsrisiko

• Durchschnittliche Telomerlänge

• Anteil kritisch kurzer Telomere

• Anteil Fusionierte Chromosomen Enden

• Interphase / Metaphase