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2025-12-25T18:05:42Z

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Die '''Mutagenese''' (ein [[Komposition (Grammatik)|Kompositum]], siehe auch [[-genese|Genesis bzw. Genese]]) ist die Erzeugung von [[Mutation]]en im [[Genom|Erbgut]] von [[Lebewesen]]. In der biologischen und medizinischen Forschung sowie in der [[Züchtung]] wird die Mutagenese eingesetzt, um erwünschte Eigenschaften zu erreichen.

Die '''[[Mutagen]]ität''' hingegen bezeichnet den Grad der Fähigkeit einer Bedingung (Substanz oder Strahlung) zur Mutagenese.

== Konventionelle Mutagenese ==
Bei der konventionellen Mutagenese wird das Erbgut eines Lebewesens nicht gezielt verändert. Dazu werden die zu züchtenden Organismen [[mutagen]]en, d. h. erbgutverändernden Bedingungen, ausgesetzt.
Diese reichen von der Bestrahlung (z. B. mit UV-Licht) bis zum Einsatz chemischer Stoffe mit definierter Mutagenität. Es lässt sich nicht vorhersagen, wo genau es im Genom zu einer [[Mutation]] kommt. Stattdessen wird der erwünschte Organismus über ein [[Screening]]verfahren gesucht, z. B. nur die mutierten Bakterienkolonien, die auf einem bestimmten Medium wachsen, werden angezüchtet.

Eine weitere Methode der Zufallsmutagenese ist die Mutagenese mit Hilfe eines [[Transposon]]s. Dieses Transposon sollte sich auf einem [[Plasmid]] befinden, wobei die zugehörige [[Transposase]] außerhalb der [[Kodierungsregion]] des Transposons liegen sollte. Man verwendet für diese Methode sogenannte [[Suizidplasmid]]e, die einen nicht-funktionellen [[OriV]] besitzen, um eine [[Replikation]] des Plasmids zu verhindern. Nach der [[Transformation (Genetik)|Transformation]] des Organismus von Interesse erfolgt die Transposition an eine zufällige Genregion auf dem bakteriellen [[Chromosom]]. Da hier sogenannte zusammengesetzte Transposons wie beispielsweise [[Tn5]] verwendet werden, die nach dem [[Cut-and-paste-Mechanismus]] transponieren, ist das Plasmid anschließend unterbrochen und wird in der Zelle durch Restriktion entfernt. Einmal eingefügt verbleibt das Transposon im Idealfall in der jeweiligen Region des Chromosoms. Eingesetzt wird diese Methode für das Aufspüren von Genen für einen bestimmten [[Phänotyp]]. Durch Screening nach [[Kolonien]] mit Mutationen in diesem gesuchten Gen kann die genaue Position auf dem Chromosom ermittelt werden.

== Ortsspezifische Mutagenese ==
Bei der ortsspezifischen (auch: ''ortsgerichteten'') oder gezielten Mutagenese (englisch ''site-directed mutagenesis'') wird mit Hilfe [[Rekombinante DNA|rekombinanter DNA-Techniken]] eine gezielte Veränderung der DNA herbeigeführt. Es können damit gezielt einzelne [[Nukleinbasen]] eines [[Gen]]s ausgetauscht oder auch ganze Gene oder Genabschnitte entfernt werden. Dieses Verfahren ist eine inzwischen weit verbreitete Methode in der [[Molekularbiologie]], welches vielfältige Anwendungen, von der Veränderung eines Gens auf einem Plasmid bis hin zur Erzeugung transgener Organismen, wie einer [[Knockout-Maus]], findet.

In den letzten Jahren sind neue Verfahren der gezielten Mutagenese entwickelt worden, die unter dem Begriff ''[[Genome Editing]]'' zusammengefasst werden.


=== Methoden ===
Im Laufe der Zeit wurden eine Vielzahl von Methoden entwickelt.<ref>Ling, M.M. & Robinson, B.H. (1997): ''Approaches to DNA mutagenesis: an overview.'' In: ''[[Anal. Biochem.]]'' Bd. 254, S. 157–178. PMID 9417773</ref> Dazu gehören u. a. die [[Kassettenmutagenese]], [[Primer Extension|Primer-Extension-Mutagenese]], [[Ligation-During-Amplification]] (QuikChange), [[Megaprimer-Mutagenese]] und die [[Overlap-Extension-PCR]]. Allen Verfahren ist die Verwendung von mindestens einem synthetischen, eine Mutation beinhaltenden [[Oligonukleotid]] und der Einsatz einer zu mutierenden DNA als Vorlage, in der Regel ein Plasmid, gemein. Eine Mutagenese mit zufälligen Mutationen in einem bestimmten Bereich ist die [[Sättigungsmutagenese]].

Vor der [[Transformation (Genetik)|Transformation]] der mutierten DNA in [[Bakterien]] kann man nicht-mutierte Ausgangs-DNA zerstören. Dazu wird das Restriktionsenzym ''DpnI'' hinzugegeben. Es schneidet und zerstört DNA, die aus Organismen kommt, weil bei der statistisch häufig vorkommenden DNA-Sequenz GATC Adenin methyliert ist.<ref>rebase.neb.com: [https://rebase.neb.com/rebase/enz/DpnI.html ''Restriktionsenzym DpnI''] (abgerufen am 15. September 2020)</ref> Die mutierte, durch PCR erzeugte DNA bleibt bestehen, da sie am Adenin unmethyliert ist.<ref>[[DNA-Methylierung#DNA-Methylierung bei Bakterien|DNA-Methylierung bei Bakterien]]</ref>

Da die Ausbeute an zielgerichtet mutierter DNA trotzdem nicht bei 100 % liegt, wird eine Selektion nötig. Hierbei wird die gesamte als Reaktionsprodukt erhaltene DNA in Wirtszellen, in der Regel ''[[E. coli]]'' eingebracht (z. B. durch Transformation) und anschließend nach Kolonien gescreent, die selektiv DNA mit der gewünschten Mutation beinhalten. Für ein erleichtertes Screening kann es sinnvoll sein, Schnittstellen für [[Restriktionsenzyme]] auf dem mutagenen Oligonukleotid einzuführen oder zu entfernen.<ref>Turchin, A. & Lawler. J.F. (1999): ''The primer generator: a program that facilitates the selection of oligonucleotides for site-directed mutagenesis.'' In: ''Biotechniques.'' Bd. 26, S. 672–676. PMID 10343904</ref> Der Erfolg der gezielten Mutagenese wird in der Regel durch [[DNA-Sequenzanalyse]]n überprüft.

=== Geschichte ===
Ein wichtiger Meilenstein in der modernen Molekularbiologie war 1978 die erstmalige Beschreibung der ortsspezifischen Mutagenese mit Hilfe von [[Oligonukleotid]]en für die [[in vitro|In-vitro]]-Synthese von mutierter [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]].<ref>Hutchison, C.A. et al. (1978): ''Mutagenesis at a specific position in a DNA sequence.'' In: ''J. Biol. Chem.'' Bd. 253, S. 6551–6560. PMID 681366 [http://www.jbc.org/cgi/reprint/253/18/6551.pdf PDF]</ref> Für die Etablierung dieser Technik erhielt [[Michael Smith (Chemiker)|Michael Smith]] 1993 den [[Nobelpreis für Chemie]].<ref>{{nobel-ch|1993|Michael Smith}}, [http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1993/smith-lecture.pdf Nobel Lecture] (PDF; 802 kB)</ref>

== Zufällige Mutagenese ==
Die zufällige Mutagenese (englisch ''random mutagenesis'') verkörpert praktisch das Gegenteil der ortsspezifischen Mutagenese. Ziel dieses Verfahrens ist der mehr oder minder zufällige Austausch von Nukleotiden eines DNA-Moleküls, um anschließend aus einem so erhaltenen Pool von Klonen mit verschiedenen Mutationen denjenigen mit den gewünschten Eigenschaften zu isolieren und durch anschließende [[DNA-Sequenzierung]] zu identifizieren. Die zufällige Mutagenese beruht üblicherweise auf der Verwendung von fehlerträchtigen [[DNA-Polymerase]]n. Die Mutageneserate kann darüber hinaus über die verwendete Nukleosidtriphosphat-Konzentration, dem Einsatz von Nukleotid-Analoga oder einem Zusatz von [[Mangan|Mn<sup>2+</sup>]] gesteuert werden. Alternativ dazu kann eine ortsspezifische Mutagenese mit Hilfe zufälliger Mutationen oder Nukleotidanaloga beinhaltender Oligonukleotide zur Erzeugung zufälliger Mutationen an definierten Stellen der DNA-Vorlage verwendet werden.

== Einzelnachweise ==
<references/>

== Siehe auch ==
*[[Teratogen]]
*[[Ames-Test]]
*[[Mikrokerntest]]
*[[Gerichtete Evolution]]
*[[Deletionsmutagenese]]

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* Laborjournal: Zielgerichtete Mutagenese, {{Internetquelle | url=https://www.laborjournal.de/rubric/methoden/methoden/m_v62.php | abruf=2020-09-15 | titel=Teil I}}, {{Internetquelle | url=https://www.laborjournal.de/rubric/methoden/methoden/m_v68.php | abruf=2020-09-15 | titel=Teil II}}, {{Internetquelle | url=https://www.laborjournal.de/rubric/methoden/methoden/m_v72.php | abruf=2020-09-15 | titel=Teil III}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4170881-7}}
[[Kategorie:Mutation]]
[[Kategorie:Molekularbiologie]]
[[Kategorie:Nukleinsäure-Methode]]

Mutagenese - Versionsgeschichte

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