Genbibliothek

Eine Genbibliothek, auch Genbank oder DNA-Bibliothek, beherbergt das gesamte Genom eines Organismus in Form von definierten DNA-Teilstücken auf Vektoren in einzelligen Träger-Organismen oder Phagen. Diese Träger-Organismen dienen der Speicherung und Vervielfältigung der Fragmente zum Zweck molekularbiologischer Untersuchungen.

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Beim Anlegen einer Genbibliothek (auch genomische Bibliothek) werden in der Regel, durch enzymatischen Verdau von genomischer DNA mit Restriktionsenzymen, zunächst Fragmente des kompletten Genoms eines spezifischen Organismus hergestellt. Jedes Fragment enthält ein oder mehrere Gene und wird separat über einen sog. Vektor in einen einzelligen Organismus (E. coli, S. cerevisiae oder andere) oder Phagen eingeführt. Dieser Prozess wird auch als Transformation bzw. Transfektion bezeichnet. Der Einzeller vervielfältigt einhergehend mit seiner eigenen Vermehrung durch Zellteilung das ihm eingefügte DNA-Fragment und bildet auf entsprechendem Nährboden eine Kolonie. Im Labor werden entsprechend viele Kolonien erzeugt und kultiviert wie benötigt werden um das gesamte Genom eines Organismus, fragmentiert in Einzelkolonien, unterzubringen.

Die Größe der Fragmente hängt maßgeblich von den zur Klonierung verwendeten Vektoren ab. Die Kapazität (maximal fassbare Fragmentgröße) der Vektoren relativ zur Gesamtgröße des Genoms ist in der Regel sehr klein. Heute werden YACs und BACs verwendet, da diese Vektortypen eine recht hohe Fragmentgröße von bis zu etwa 150 kbp bzw. 300 kbp erlauben. Damit kann man das menschliche Genom von grob 3.000.000 kBP in ca. 10.000-20.000 Fragmenten unterbringen. Dies stellt eine enorme Verbesserung im Vergleich zu früheren Methoden dar, bei denen das menschliche Genom noch in 35 kbp- oder sogar 17 kbp-Fragmente unterteilt werden musste. Die DNA-Fragmente können auch in Phagen eingebracht werden, deren Aufnahmekapazität ist allerdings sehr viel geringer (max. 25000 bp) als die der zuvor erwähnten Vektoren.

Ist die Genbibliothek einmal erstellt, kann ein benötigtes DNA-Fragment vervielfältigt werden, indem die Zellen der entsprechenden Kolonie auf einem geeigneten Nährboden zur Vermehrung gebracht werden. Durch spezielle molekularbiologische Techniken kann das DNA-Fragment aus dem Träger-Organismus reisoliert werden. Dabei wird der zur Speicherung und Vervielfältigung genutzte Organismus lysiert, die freigesetzte DNA chemisch aufgereinigt und der eingebrachte Vektor mit dem DNA-Fragment von der Wirts-DNA isoliert (z.B. durch Elektrophorese). Im Labor sind die Kolonien in der Regel so gekennzeichnet, dass bekannt ist, welcher Position im Genom das beherbergte Fragment entspricht. Durch Hybridisierung oder durch Sequenzierung und Abgleich der erhaltenen DNA-Sequenz über eine DNA-Sequenzdatenbank (z.B. GenBank) kann die Position des DNA-Fragmentes (und damit der enthaltenen Gene) im Genom allerdings jederzeit überprüft werden.

siehe auch cDNA-Bibliothek