„Situation:
An einem Tatort wurden Spuren eines Täters gefunden. Der Tat verdächtigt werden 3 verschiedene Personen. Nun soll geklärt werden, welchem der Verdächtigen die Spur zuzuordnen ist bzw. welche Verdächtigen als Täter nicht in Frage kommen.“ Schüler Biologie
Genau das soll das Ziel von unserem ganztägigen Praxisdienstag des Themenbereiches Genetik sein. Mithilfe einer genetechnologischen Arbeitsmethode, der Gel-Elektophorese, haben wir diese Aufgabe an diesem Schultag bewältigt!
Als wir den Klassenraum an jenem Dienstagmorgen betreten und uns hinsetzen, stehen vor uns in einer vorgesehenen Halterung vier Röhrchen mit verschieden farbigen Deckeln, zwei Röhrchen mit der vervielfältigten DNA von den 3 Verdächtigen und ein anderes Röhrchen, welches die DNA des Beweismaterials vom Tatort beinhaltet.(1)
Zudem wurden unserem Kurs noch weitere Mittel von der Schule zur Verfügung gestellt.
Unser Lehrer, Herr Köhler, hat alle Materialien, welche für die für die Durchführung der Gelelektrophorese eine Rolle spielen
spielen, für die gebildeten Zweiergruppen im Voraus vorbereitet und zusammengestellt.
Für jede Gruppe gab es je eine Spritze mit vier verschiedenen Pipettenspitzen (2), ja bei uns wurde sehr genau gearbeitet! Bloß keine DNA-Proben vermischen. Zudem benötigt
man noch eine Strom leitende Kohlefaserfolie (3), eine Elektro-phorese-Kammer mit Kamm (4), mehrere Batterien (5) und zwei Anschlusskabel (6).
Zu Beginn unseres ganztägigen Praxistages können wir uns dementsprechend direkt in Zweier-Gruppen zusammenfinden und anfangen.
Wir legen los, uns mit den Materialien vertraut zu machen und das Verfahren und die dazugehörigen Arbeitsschritte mit Hilfe der Anleitung zu studieren.
Bevor es dann aber richtig losging, musste noch die richtige Arbeitskleidung her! Brille (7) und Kittel nicht vergessen!
Zunächst einmal ist zu klären, was eine Gel-Elektrophorese eigentlich ist und macht.
Mithilfe dieser gentechnologischen Arbeitsmethode ist es möglich, Moleküle unterschiedlicher Längen und elektrischer Ladungen zu trennen. Dabei wandern die zu trennenden „Stoffe“ innerhalb eines Gels, namens Agarose-Gel, unter der Wirkung eines elektrischen Feldes unterschiedlich schnell zu den jeweiligen Polen. Weil die DNA-Fragmente unterschiedliche Längen besitzen, wandern diese unterschiedlich weit zum Pluspol und reihen sich in verschiedenen Entfernungen innerhalb des Agarose-Gels an.
Es entsteht letztendlich ein Bandenmuster, an welchem man erkennen kann, welche DNA-Fragmentbanden sich auf gleicher Höhe befinden.
Banden auf einer Höhe entsprechen einer identischen DNA. So entlarvt man den Täter.
Das erstrebenswerte Ergebnis unseres Praxistages ist, dass sich eine DNA-Probe eines Verdächtigten auf der gleichen Höhe anordnet, wie unsere Beweis-DNA vom Tatort.
Dem Verfahren entsprechend fangen wir an, das durchsichtige Agarose-Gel herzustellen und dann das heiße Gel in die Elektrophorese-Kammern mit Kamm zu gießen. So entsteht eine Gelschicht. Das Gel muss nun kurz abkühlen.
Mithilfe einer Pufferlösung können sich die DNA-Fragmente nachher in dem elektrischen Feld bewegen.
Diese wird nun hinzugeben und bedeckt die Gelschicht.
Der Kamm wird nun entfernt. Jetzt können wir beginnen in die vier vorgesehenen Taschen, welche durch den Kamm (8)
entstanden sind, die vier verschiedenen DNA-Fragmente in die Gel-Taschen mithilfe einer Pipette zu spitzen.
Hier müssen wir sehr genau arbeiten,da wir mit der Pipette nicht das Agraose-Gel zerstören dürfen. Auch die DNA zu tief einzuspritzen, ist ein Fehler, der schnell passieren kann.
Hohe Konzentration ist also gefragt.
Nachdem die vorherigen Schritte gemeistert sind, müssen jetzt nur noch die Elektroden (Kohlefaser-Folie) an die beiden Enden in der Elektrophorese-Kammer angebracht werden.
Außerdem müssen wir beachten, dass wir sie wirklich in die Pufferlösung eintauchen. Mit dem Anschließen der Elektroden an die Stromquelle beginnt der Elektrophorese Vorgang- die DNA wandert unterschiedlich schnell zum Pluspol.
Wenn die DNA nach einer guten Stunde ein Stück durchgelaufen ist, lösen wir die Kabel ab und trennen somit die Elektrophorese von der Stromquelle. Die Pufferlösung wird abgeschüttet.
Jetzt erfolgt der finale Schritt. Bisher sind die DNA-Banden nicht sichtbar. Um diese aber sichtbar zu machen, übergießen wir die Gelschicht mit der Färbelösung Carolina BLUE, welche exakt 4 Minuten einwirken muss. Nach 4 Minuten gießen wir die Färbelösung ab, übergießen unser Gelfeld vorsichtig mit kalten Wasser, gießen dies abermals ab und wiederholen den Vorgang einige Male. Nun heißt es einige Stunden warten.
Während dieses Entwicklungsprozesses vertreiben wir uns die Wartezeit mit einer anderen Praxisaufgabe (siehe Versuche zur Isolierung von Desoxyribonucleinsäure).
Ständig schauen wir, ob sich endlich etwas abzeichnet. Umso größer ist die Freude, als sich nach ein paar Stunden sich die DNA-Fragment-Banden leicht abzeichnen. Um aber ein endgültiges Urteil zu fällen, waren die Banden noch zu schwach zu sehen. Wir müssen uns bis zur nächsten Biostunde am nächsten Tag gedulden.
Dann aber ist das Ergebnis glasklar!
Die Banden A und C liegen auf gleicher Höhe. Also muss Verdächtigter C der Tätersein!
Wir haben unser Ziel dieses Praktikumstages erreicht und den Täter, wie echte Profis, entlarvt.
Versuche zur Isolierung von Desoxyribonucleinsäure
Im Biologie Leistungskurs von Herrn Köhler haben wir zum Thema Genetik unsere eigene DNA mithilfe weniger Hilfsmittel isoliert.
Dafür haben wir handelsübliches Geschirrspülmittel in ein Glasgefäß gegeben. Parallel dazu haben wir ca. 30 Sekundenlang unseren Mund mit Salzwasser gespült und anschließend diese Flüssigkeit in das Glasgefäß eingebracht. Das Spülmittel und der Speichel wurden sorgfältig vermischt, wobei Schaumbildung zu vermeiden war.
Durch dieses Verfahren wurden die Biomembranen der Zellen, welche aus der Mundschleimhaut stammten, aufgelöst. Anschließend musste sehr vorsichtig eisgekühlter Spiritus darüber geschichtet werden. Sehr wichtig war es hierbei jedoch, dass beide Flüssigkeiten sich nicht vermischten.
Nach wenigen Minuten konnte man in der Flüssigkeit weiße Fäden erkennen, die die DNA der Mundschleimhautzellen waren.
Ein weiterer Versuch, der ebenfalls die DNA nachweisen sollte, war etwas aufwendiger konzipiert.
Dabei wurden Natriumchlorid und handelsübliches Spülmittel sowie destilliertes Wasser in ein Becherglas gegeben und unter Rühren das Salz aufgelöst.
Kleingeschnittener Brokkoli wurde hinzugefügt und für 15 Minuten in einem 60 Grad heißem Wasserbad erhitzt. Nach der Abkühlphase wurde der Brokkoli mithilfe eines Mörsers homogenisiert und anschließend wurde diese Suspension aus Zellen und Zelltrümmern durch einen Kaffeefilter abfiltriert.
Des weiteren wurde Waschmittel, welches Proteasen enthält, hinzugefügt, um damit die Proteine in der Lösung abzubauen.
Dieses Gemisch wurde vorsichtig mit eisgekühltem Ethanol überschichtet.
DNA ist in Ethanol unlöslich und fällt daher in der Phasengrenze an Form von weißen Fäden aus.
Ein Bericht Vanity Katz
Fazit
Festzuhalten ist nach beiden Praktika, dass es uns unglaublich viel Spaß gemacht hat und wir sehr viel durch das Genetikpraktikum in der Schule gelernt haben.
Wir haben gesehen, wie die theoretischen Methoden im Unterricht in der Praxis angewendet werden. Damit wurde uns die Biologie auf eine besondere Art und
Weise näher gebracht.
Wir haben letztendlich „nur“ von zwei Versuchen berichtet. Doch war das nicht alles:
Wie es in der Biologie so ist, hatten wir uns einige Wochen davor an der Klonierung von Usambaraveilchen versucht.
Leider ist dieses Langzeitprojekt gescheitert, da die Nährböden und die Mutterpflanzen schon im Voraus mit Pilzen befallen waren und wir eine Pilzkolonie gezüchtet hatten.
Doch auch das war eine Erfahrung wert:
In der Biologie läuft nicht alles immer so wie gewünscht und erwartet.
Trotz des Sterilisierens von Pipetten und Skalpell und dem Arbeiten unter einem Steriltunnel haben die Bedingungen nicht ausgereicht,
um eine Kontamination mit Pilzen zu vermeiden.
Steriles Arbeiten stellt eine besondere Herausforderung in der Biotechnologie und Gentechnologie dar.
Doch der Lerneffekt war groß!
Wir bedanken uns hiermit bei allen Beteiligten im Namen des Kurses.
Toll, dass uns so ein ganztägiges Genetikpraktikum ermöglicht wurde.
Zudem bedanken wir uns recht herzlich bei unserem Lehrer, der alles für uns geplant und organisiert hat. Herr Köhler!
Wir nehmen sicherlich nicht alles mit aus unserer Schulzeit, doch solche Tage vergisst man nie.