Kurzbeschreibung
Das Lehrbuch eignet sich zum vertiefenden Studium wie zum gezielten Nachschlagen. Der Aufbau in mehr als vierzig selbständige Kapitel hilft beim Auffinden von Informationen über einzelne Bereiche der Tierbiotechnologie und vermittelt einen kompletten Überblick für ein vertieftes Studium. Der Schwerpunkt liegt in der Darstellung wichtiger biotechnischer Verfahren. Darüber hinaus werden Einteilungen und Definitionen der biotechnischen Arbeitsgebiete geliefert, wichtige Anwendungsgebiete verdeutlicht und Entwicklungsperspektiven aufgezeigt.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort 9
Mitarbeiter 10
Einführung in die Tier-Biotechnologie 11
Teil I
Zellkultur- und Bioverfahrenstechniken 23
1 Kultivierung tierischer Zellen 25
1 1 Voraussetzungen für die Zellkultivierung 25
1 2 Eigenschaften von Zellen in Kultur 30
1 3 Handhabung tierischer Zellen in Kultur 34
1 4 Spezielle Verfahren der Zellkultivierung 39
2 Bioverfahrenstechniken für den Tierbereich 49
2 1 Teilbereiche der Bioverfahrenstechniken 50
2 2 Beispiele für den Einsatz von Bioverfahren im Tierbereich 55
Teil II
Genomanalyse sowie gendiagnostische Verfahren 61
3 Struktur und Funktion von Genen 63
3 1 Aufbau der Nucleinsäuren 65
3 2 DNA-Replikation 66
3 3 Enzyme beim Nucleinsäurestoffwechsel 69
3 4 Organisation der chromosomalen DNA 71
3 5 Funktionseinheiten der Chromosomen 73
3 6 Aufbau von Genen und ihren Produkten 74
3 7 Gewebe- und entwicklungsspezifische Kontrolle der Genexpression 86
3 8 Codierkapazität des Genoms 88
4 Präparation und Charakterisierung von Nucleinsäuren 93
4 1 Extraktion und Reinigung von Nucleinsäuren 93
4 2 Isolierung hochmolekularer genomischer DNA 96
4 3 Herstellung von cDNA 98
4 4 Gelelektrophoretische Analysen und Präparationen von DNA-Molekülen 101
4 5 Charakterisierung von DNA durch Restriktionsspaltung 103
4 6 Identitätsprüfung von DNA- oder RNAMolekülen durch Hybridisierung 110
4 7 Markierung von Nucleinsäuren 115
5 Vermehrung von DNA-Molekülen durch Polymerasekettenreaktion (PCR) 117
5 1 Prinzip der PCR-Reaktion 117
5 2 Primerdesign 120
5 3 Kontrolle der PCR-Produkte 121
5 4 Fehlerquellen der PCR 121
5 5 Nested-PCR 122
5 6 Hot-Start- und Touch-Down-Temperaturprogramme 123
5 7 Multiplex-PCR 123
5 8 RT-PCR 123
5 9 Quantitative PCR 124
5 10 Echtzeitregistrierung der PCR 126
5 11 Amplifikation von DNA-Bereichen mit nur einem locusspezifischen Primer 127
6 Erzeugung und Klonierung rekombinanter DNA-Moleküle 133
6 1 Vektoren für den Transport und die Vermehrung von DNA-Fragmenten 133
6 2 In-vitro-Rekombination von DNAFragmenten 139
6 3 Transfer und Vermehrung von DNAMolekülen in Bakterienzellen 141
6 4 Vermehrung und Aufbewahrung von Zellen mit rekombinanten DNAMolekülen 143
6 5 Biologische Sicherheit bei gentechnischen Arbeiten 149
7 Identifikation von rekombinanten DNA-Molekülen in klonierten Wirtszellen 152
7 1 Nachweis von Zellen, die rekombinante Vektoren-Moleküle enthalten (Markerselektion) 153
7 2 Nachweis von Zellen, die die gesuchte Fremd-DNA enthalten 155
7 3 Identifikation von Genen auf der Basis der Translationsprodukte 163
7 4 Nutzung von Datenbanken für die Identifikation von Genen 164
8 Verfahren der DNA-Sequenzierung 165
8 1 Methoden der DNA-Sequenzierung 165
8 2 Strategien der Genomsequenzierung 173
8 3 Sequenzierung von Teilabschnitten des Genoms 177
8 4 Beiträge der DNA- und Genomsequenzierung in der Forschung 178
9 DNA- und Protein-Arrays 180
9 1 Herstellung und Funktion von DNA-Arrays 180
9 2 Anwendung der DNA-Arrays 188
9 3 Protein-Arrays 192
9 4 Suspensions-Arrays 195
10 Darstellung von DNA-Varianten 198
10 1 Kettenabbruchreaktion und Pyrosequenzierung 199
10 2 Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphismen 202
10 3 Konformationspolymorphismen 204
10 4 Modifikation und Spaltung von Heteroduplex-DNA-Molekülen 208
10 5 Allel-spezifische Amplifikation mittels PCR 211
10 6 Allel-spezifische Hybridisierungstechniken und Ligationsverfahren 215
10 7 Massenspektrometrie 221
10 8 Nachweis von Variable Number of Tandem Repeats 222
10 9 Darstellung von DNA-Varianten mit Zufallsprimern 226
10 10 Darstellung der DNA-Varianten für Screening und Diagnostik 228
11 Megabasen-Analysetechniken und Künstliche Chromosomen 231
11 1 Erzeugung und Selektion großer DNA-Fragmente 231
11 2 Verwendung von YAC-Vektoren 232
11 3 Verwendung von BAC-, P1- und PAC-Vektoren 236
11 4 Erstellung und Verwendung von Megabasen-Bibliotheken 237
11 5 Präparation und Transfer von Chromosomen in Säugerzellen 241
12 Genstruktur- und -funktionsanalysen 249
12 1 Nachweis von Transkripten 249
12 2 Analyse der Transkriptstruktur 254
12 3 Analyse der Promotorbereiche 257
13 Genomkartierung 269
13 1 Marker für die Kartierung 271
13 2 Genetische Kartierung 272
13 3 Physikalische Kartierung 276
13 4 Vergleichende Kartierung 290
13 5 QTL-Kartierung 294
13 6 Identifikation merkmalsbeeinflussender Nucleotidpositionen 299
Teil III
Fortpflanzungsbiologische Verfahren 311
14 Anatomisch-physiologische Grundlagen der Fortpflanzung 313
14 1 Geschlechtszellenbildung 313
14 2 Entwicklung von Geschlechts- und Zuchtreife 316
14 3 Geschlechtszyklus bei weiblichen Säugetieren 319
14 4 Befruchtung und Embryonalentwicklung 321
15 Kryokonservierung von Zellen und frühembryonalen Stadien 325
15 1 Einflussfaktoren auf die Kryokonservierung 325
15 2 Minimierung von Zellschädigungen beim Gefrieren und Auftauen 326
15 3 Kryokonservierung von Oocyten und frühembryonalen Stadien 328
15 4 Anwendungsbereiche der Kryokonservierung von Zellen und frühembryonalen Stadien 331
16 Künstliche Besamung 333
16 1 Vorteile und Risiken bei der Anwendung der Künstlichen Besamung 333
16 2 Künstliche Besamung beim Rind 335
16 3 Künstliche Besamung beim Schwein 341
16 4 Künstliche Besamung beim Pferd 343
16 5 Stand der Künstlichen Besamung 344
17 Beeinflussung von Geschlechtsreife und -zyklus 347
17 1 Beeinflussung der Geschlechtsreife 347
17 2 Steuerung des Geschlechtszyklus 347
18 Gewinnung und Übertragung von Embryonen ("Embryotransfer") 351
18 1 Embryotransfer beim Rind 351
18 2 Embryotransfer bei anderen Tierarten 356
18 3 Anwendungsbereiche, Probleme und Risiken des Embryotransfers 356
18 4 Praktischer Einsatz des Embryotransfers 359
19 In-vitro-Produktion von Embryonen 360
19 1 Eizellgewinnung 360
19 2 Auswahl der Eizellen 362
19 3 In-vitro-Maturation (IVM) der Oocyten 363
19 4 Auswahl der Vatertiere und Vorbereitung der Spermien 364
19 5 In-vitro-Fertilisation 364
19 6 Kultivierung und Übertragung der IVF-Embryonen 365
19 7 Entwicklungsfähigkeit der IVFEmbryonen 365
19 8 Anwendung der In-vitro-Produktion von Embryonen 366
20 Geschlechts- und Genotypanalysen bei Embryonen und Gameten 368
20 1 Art der pränatalen Diagnostik 368
20 2 Analysen bei Gameten und Embryonen 372
20 3 Geschlechtsdiagnosen bei frühembryonalen Entwicklungsstadien 375
20 4 Geschlechtsbestimmung durch Sortierung der X- und Y-Chromosom enthaltenden Spermien 376
20 5 Analyse züchterisch wichtiger Gene in Embryonen 379
21 Erzeugung von Chimären 380
21 1 Verfahren zur Erzeugung von primären Chimären 381
21 2 Erzeugung sekundärer Chimären 384
21 3 Anwendungsbereiche für die Generierung chimärer Individuen 384
22 Klonen von Tieren 387
22 1 Isolierung und Proliferation von embryonalen Zellen 388
22 2 Mikrochirurgische Teilung von Embryonen 389
22 3 Klonen durch Kerntransfer 391
22 4 Anwendungsperspektiven des Klonens 399
22 5 Probleme bei der Anwendung des Klonens 403
Teil IV
Mutagenese und Gentransfer 405
23 Erzeugung transgener Tiere 407
23 1 Zielsetzung bei der Erzeugung transgener Tiere 408
23 2 Strategien beim Gentransfer in Keimbahnzellen 410
23 3 Erstellung von DNA-Konstrukten für den Gentransfer 411
23 4 Verfahren des Gentransfers 417
23 5 Nachweisverfahren bei transgenen Tieren 431
23 6 Bereitstellung und Behandlung der Tiere für den Gentransfer 436
24 Gentransfer in somatische Zellen 441
24 1 Einschleusen der DNA-Konstrukte in kultivierte Zellen oder Gewebe 442
24 2 Strategien beim Gentransfer in Körperzellen 455
24 3 Ausrichtung des Gentransfers auf bestimmte Zellen oder Gewebe 461
24 4 Barrieren und Kinetik beim Gentransfer in Körperzellen 463
24 5 Anwendungsbereiche für den Gentransfer in Körperzellen 465
25 Verfahren der Mutagenese beim Tier 474
25 1 Verwendung mutagener Agenzien 474
25 2 Messung der Mutationsraten 476
25 3 Charakterisierung neuer mutierter Gene 479
25 4 Mutagenese und Mutantenanalyse mit Hilfe des Gentransfers 482
Teil V
Einsatzbereiche und Auswirkungen biotechnischer Verfahren bei Tieren 483
26 Molekulare Gendiagnostik bei Nutztieren 485
26 1 Direkte und indirekte Gentests 485
26 2 Erbfehlerdiagnosen 486
26 3 Nachweis züchterisch vorteilhafter Genvarianten 494
27 Nutzung von DNA-Markern zur Kontrolle von Tieren und tierischen Produkten 508
27 1 Auswahl der DNA-Marker und des Probenmaterials 508
27 2 Fragestellung der Kontrolluntersuchungen 509
27 3 Beispiele für die Durchführung von Kontrollen mit DNA-Markern 511
27 4 Praktische Ausführung von Kontrolluntersuchungen 516
28 Verfahren zur Beurteilung des Leistungsstoffwechsels 517
28 1 Methoden zur Beurteilung der Stoffwechselkapazität und -regulation 517
28 2 Belastungstests 525
28 3 Verwendung von biochemischphysiologischen Parametern für Rassenvergleiche 530
28 4 Selektionsexperimente mit Hilfe biochemisch-physiologischer Parameter 532
28 5 Biochemisch-physiologische Merkmale als Hilfsmittel für die züchterische Selektion 532
29 Bedeutung biotechnischer Verfahren für die Tierernährung 535
29 1 Gentechnisch veränderte Futtermittel 535
29 2 Herstellung von Einzelfuttermitteln und Zusatzstoffen mit biotechnischen Verfahren 539
29 3 Beeinflussung der Stoffwechselregulation bei Nutztieren 541
29 4 Weitere Aspekte zum Einsatz biotechnischer Verfahren in der Tierernährung 543
30 Einsatz biotechnischer Verfahren in Zuchtprogrammen 544
30 1 Einfluss biotechnischer Verfahren auf die Eigenschaften von Zuchtprodukten 546
30 2 Szenarien biotechnisch unterstützter Zuchtprogramme 546
31 Biotechnische Verfahren für den Nachweis und die Prophylaxe von Infektionserregern 561
31 1 Erregernachweise mit der humoralen und zellulären Immunreaktion 561
31 2 Nachweis von Eigenschaften des Erregers 562
31 3 Nachweis des Erregergenoms 564
31 4 Herstellung von Vakzinen 565
32 Anwendungsbereiche für transgene Tiere 571
32 1 Status bei verschiedenen Spezies 571
32 2 Beispiele für Anwendungsbereiche transgener Nutztiere 575
33 Gesetzliche Vorgaben für den Einsatz biotechnischer Verfahren bei Tieren 587
33 1 Gentechnikgesetz 587
33 2 Tierschutzgesetz 591
33 3 Tierzuchtgesetz 591
33 4 Gewerblicher Rechtsschutz 592
33 5 Lebensmittel- und Futtermittelrecht 594
34 Auswirkungen biotechnischer Neuerungen im Tierbereich 596
34 1 Auswirkungen biotechnischer Neuerungen auf die Wirtschaftlichkeit und Struktur der tierischen Erzeugung 596
34 2 Biologische Grenzen beim Einsatz biotechnischer Verfahren 598
34 3 Biologische Sicherheit beim Einsatz biotechnischer Verfahren 600
34 4 Ethische Fragen bei der Anwendung biotechnischer Verfahren 602
34 5 Fragen der öffentlichen Akzeptanz 606
Literatur 609
Register 630