Klonierung

Klonierung (oder Klonieren, engl. molecular cloning) ist in der Molekularbiologie der Überbegriff für Methoden zur Gewinnung und identischen Vervielfältigung von Desoxyribonukleinsäure (DNA). Im Gegensatz zum Klonen, dessen Ziel in der Herstellung genetisch identischer Organismen besteht, beschränkt sich die Klonierung auf die Herstellung identischer Moleküle der DNA.

Eigenschaften

Bei der Klonierung wird ein gewünschtes DNA-Fragment (z. B. ein Gen oder die für ein Protein codierende cDNA) in einen Vektor (z.B. ein Plasmid oder viraler Vektor) integriert. Das Ziel einer Klonierung ist, ein DNA-Fragment zu vermehren, um seine Eigenschaften zu untersuchen oder in weiteren Prozessen weiterzuverwenden. Nach einer Vervielfältigung kann durch Isolierung der Plasmid-DNA ein Vielfaches der anfangs eingesetzten DNA-Menge gewonnen werden, was im Gegensatz zu in vitro-Verfahren wie der PCR kostengünstig, präzise und in großer Zahl geschieht. Alternativ können die Zellen ein Genprodukt wie rekombinante Proteine exprimieren (beispielsweise bei einer Proteinüberexpression). Klonierungen spielen eine Rolle

• in der Molekularbiologie und Biochemie
  • zur Untersuchung von Proteinen und deren Funktionen per Expressionsklonierung
  • zur Veränderung der Eigenschaften von Proteinen im Zuge eines Protein-Engineerings
  • bei der Untersuchung von regulatorischen Elementen
  • bei der Generierung von Sonden und anderen molekularbiologischen Werkzeugen (z. B. antisense-Konstrukte oder CRISPR/Cas-Werkzeuge)
• in der Biotechnologie
  • für therapeutische Zwecke (z. B. Insulin)
  • für eine Verwendung in der Lebensmitteltechnologie (z.B. Lab-Ferment)
  • zur Generierung gentechnisch veränderter Organismen in der Landwirtschaft (z.B. Flavr-Savr-Tomate)

Für die Vervielfältigung der Klonierungsprodukte werden verschiedene Organismen als Wirt genutzt. Bekannte Beispiele sind Bakterienzellen wie das Bakterium Escherichia coli, einzellige Algen oder Pilze. Die Wirtszellen vermehren sich dabei durch Zellteilung, wobei auch identische Kopien der zu klonierenden Ziel-DNA hergestellt werden. Das Resultat ist eine Population von Zellen, die alle einen Klon des gewünschten DNA-Fragments enthalten. Aus dieser Population wird zur weiteren Verwendung ein geeigneter Klon isoliert.

Die klonierte DNA kann dazu verwendet werden, ein oder mehrere Gene auf fremde Organismen zu übertragen, um so Stoffwechselprozesse zu verbessern oder Resistenzen zu verleihen (Genmanipulation bei Tieren und Pflanzen). Durch eine funktionelle Klonierung werden ähnliche DNA-Sequenzen identifiziert, durch eine positionelle Klonierung werden benachbarte DNA-Sequenzen identifiziert.