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Tutorial MenueMethoden der GentechnologieLerneinheit 9 von 9

Praktikum 6: LacZ-Test

Expressionssysteme

Definition
Expressionssysteme sind eine Kombination aus Vektor (dem Expressionsvektor) und geeignetem Wirt, mit deren Hilfe die Expression eines Gens gezielt an- und abgeschaltet werden kann. Diese Systeme werden beispielsweise eingesetzt, um rekombinante Proteine im industriellen Maßstab für Therapie und Diagnostik zu produzieren, oder um für die Zelle letale Proteine überhaupt herstellen zu können.
Abb.1
Das Bakterium E. coli, ein oft verwendetes Expressionssystem
Institut für Technische Chemie, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover

Es gibt zahlreiche Expressionssysteme für die unterschiedlichsten Anwendungen und Wirtszellen. Auch wenn zumeist Bakterien als Wirt eingesetzt werden, da sich diese leicht genetisch manipulieren lassen, sind auch eukaryontische Expressionssysteme in Pflanzen, Insekten, Säugern oder anderen Tieren etabliert. Bakterien können beispielsweise Proteine nicht glycosylieren; soll ein glycosyliertes Protein synthetisiert werden, müssen Säuger- oder Insektenzellen als Wirt verwendet werden. Soll ein Protein nach der Synthese im Bakterium ins Medium sezerniert werden, sind Gram-positive Wirte wie Bacillus subtilis oder Bacillus megatherium geeignet.

Expressionsvektoren haben besondere Eigenschaften: Sie besitzen eine multiple Klonierungsstelle, die sich in unmittelbarer Nähe eines induzierbaren Promotors befindet und in die das gewünschte Fremdgen einkloniert wird. Bakterielle Expressionssysteme sind fast immer induzierbar, d.h. die Expression des Gens bleibt zunächst reprimiert, weil der Promotor für die RNA-Polymerase nicht zugänglich ist. Wird dann ein Induktor in das Wachstumsmedium gegeben, findet vom Promotor aus eine starke Expression der Gene des klonierten Fragmentes statt. In der Praxis wird das zu untersuchende Gen zunächst in einen geeigneten Expressionsvektor kloniert, der bei bakteriellen Expressionssystemen in vielen Fällen auf dem lac-Operon oder dem Promotorsystem des Bacteriophagen T7 basiert. Durch Zugabe des als Induktor wirkenden IPTGs (Isopropyl-β-thiogalactosid) kann dann die Expression angeschaltet werden.

Abb.2
Isopropyl-β-thiogalactosid (IPTG)
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