Somatische Hybridisierung und Hybridomtechnik
Wie Körperzellen durch Fusion zu Hybridzellen verschmelzen und wie man so Hybridomzellen für monoklonale Antikörper gewinnt.
Das Wichtigste in Kürze
- Die somatische Hybridisierung kombiniert das Erbgut zweier Körperzellen durch Zellfusion und ist nicht auf haploide Zellen beschränkt.
- Pflanzenzellen fusionieren erst nach enzymatischem Zellwandabbau als Protoplasten; Protoplastenfusion gelingt bei höheren Pflanzen und Pilzen, tierische und menschliche Zellen fusionieren direkt.
- Nach der Fusion entsteht ein zweikerniges Heterokaryon, dessen Kerne bei der ersten Teilung zu einem Hybridkern verschmelzen.
- Die vegetative Vermehrung der Pfefferminze liefert Klone ohne Zellfusion und ist daher keine somatische Hybridisierung.
- Hybridomzellen aus B-Lymphozyten und Myelomzellen werden im HAT-Medium selektiert und liefern monoklonale Antikörper.
Worum es geht
Mit der Zellfusion lassen sich Erbanlagen zweier Zellen kombinieren, ohne den Weg über Keimzellen zu gehen. Die Methode gehört zu den Grundwerkzeugen der Biotechnologie. In der Pharmazie ist sie vor allem als Ursprung monoklonaler Antikörper wie Trastuzumab wichtig.
Prinzip der Zellfusion
Hybride entstehen normalerweise durch Befruchtung. Die Zellfusion umgeht diesen Weg und funktioniert mit diploiden Körperzellen genauso wie mit haploiden Zellen.
Erzeugung genetisch gemischter Zellen durch Verschmelzung somatischer Zellen statt durch geschlechtliche Kreuzung.
Protoplasten und tierische Zellen
Pflanzenzellen tragen eine starre Zellwand. Enzyme wie Cellulasen und Pektinasen bauen sie zuerst ab. Übrig bleibt der Protoplast, nur noch von der Plasmamembran umhüllt. Solche Protoplasten lassen sich bei höheren Pflanzen und bei Pilzen fusionieren. Kultivierte tierische und menschliche Zellen haben keine Wand und verschmelzen direkt, auch über Artgrenzen hinweg. Polyethylenglykol oder kurze elektrische Pulse bringen die Membranen zusammen.
Vom Heterokaryon zum Hybridkern
Nach der Membranfusion liegen zwei Kerne in einem gemeinsamen Cytoplasma. Diese zweikernige Zelle heißt Heterokaryon. Bei der ersten Teilung bildet sich eine gemeinsame Spindel. Die Chromosomen beider Partner landen so in einem Kern, und jede Tochterzelle trägt einen Hybridkern.
Nicht jede ungeschlechtliche Vermehrung ist eine Hybridisierung. Vermehrt man Pfefferminze über Ausläufer oder Stecklinge, entstehen genetisch identische Klone. Dabei verschmelzen keine Zellen. Es handelt sich um vegetative Vermehrung.
Hybridomzellen
Die wichtigste Anwendung ist die Gewinnung monoklonaler Antikörper. Dazu fusioniert man B-Lymphozyten mit Tumorzellen. Die entstehende Hybridomzelle vereint beide Stärken: Sie bildet einen bestimmten Antikörper und teilt sich unbegrenzt.
- Immunisieren: Eine Maus erhält das Antigen. Aus ihrer Milz gewinnt man B-Zellen.
- Fusionieren: Die B-Zellen verschmelzen mit Myelomzellen, unsterblichen Tumorzellen der Plasmazell-Linie.
- Selektieren: Im HAT-Medium sterben die Myelomzellen, weil ihnen das Enzym HGPRT fehlt. Unfusionierte B-Zellen sterben in Kultur von selbst ab. Nur Hybridome überleben.
- Vereinzeln und testen: Einzelne Zellen wachsen zu Klonen heran. Man wählt den Klon mit dem gewünschten Antikörper.
Alle Zellen eines Klons stammen von einer einzigen Hybridomzelle ab. Ihre Antikörper sind daher identisch und erkennen dasselbe Epitop.
Quiz
Aussage 1
Nach der Fusion zweier Zellen liegt zunächst eine zweikernige Zelle vor, deren Kerne bei der ersten Teilung zu einem Kern zusammengeführt werden.
Die zweikernige Zelle heißt Heterokaryon. Bei der ersten Mitose bildet sich eine gemeinsame Spindel, und die Tochterzellen tragen je einen Hybridkern.
Aussage 2
Somatische Hybridisierung setzt haploide Ausgangszellen voraus.
Die Zellfusion funktioniert mit diploiden Körperzellen ebenso wie mit haploiden Zellen.
Aussage 3
Im HAT-Medium überleben neben den Hybridomzellen auch die nicht fusionierten Myelomzellen, weil sie unsterblich sind.
Myelomzellen fehlt das Enzym HGPRT, deshalb sterben sie im HAT-Medium. Nur Hybridome überleben, weil die B-Zelle das Enzym beisteuert.
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