Die Fliege, nicht die Tomate, war der „Täter“

07. 11. 2010 12:11

Biologie LK auf Spurensuche in der Westfälischen Wilhelmsuniversität am 29. September 10 (13.30 h – 18.15 h)

„Was ist die Grundlage des Lebens? Wie können die Vielzahl von Informationen, welche die unterschiedlichen Organismen der Erde kennzeichnet, von Generation zu


Generation weitergegeben werden?“ - mit diesen Fragen haben wir uns, der Biologie LK 12 von Herrn Feldermann, in den ersten Wochen des neuen Schuljahrs beschäftigt. Und wir fanden auch viele Antworten.
Ziel war es nun, DNA einem bestimmten Individuum zuzuordnen, wie etwa bei einem Vaterschaftstest oder bei der Tätersuche. In der Theorie war uns alles klar, nur die Praxis fehlte.
Deshalb machten wir uns am 29. September auf den Weg zum Institut für Neuro- und Verhaltensbiologie an der WWU zum „DNA-Fingerprinting“. Beim DNA-Fingerprinting wird DNA durch verschiedene Arbeitsschritte so genau bestimmt, dass sie mit hoher Wahrscheinlichkeit nur einem Individuum zugeordnet werden kann.
Im Zentrum für Schülerfortbildung angekommen, wurden wir von zwei Studenten der WWU, Rita und Nils, herzlich in Empfang genommen. Die beiden haben das Praktikum für Schülergruppen zusammen mit ihrem Professor ausgearbeitet. Sie würden es auch mit uns durchführen.


Abb. 1 erster Umgang mit Mikropipetten

Nach der kurzen Begrüßung ging es weiter mit Sicherheitsbestimmungen, die wir während der Zeit im Labor zu beachten hätten; nicht trinken und essen ist uns ja bereits aus den Biologie- oder Chemieräumen bekannt, doch diesmal kam auch der obligatorische weiße Kittel dazu, der uns allen ein professionelles Aussehen verlieh.
In die Laborgeheimnisse eingeweiht, folgten auch schon erste praktische Übungen im Umgang mit Mikropipetten in vielen verschiedenen Farben und Größen (Abb. 1). Hier war ein ruhiges Händchen gefragt, auch wenn es nur Wasser war, was uns zum Opfer fiel, aber nachher sollte und durfte ja nichts schief gehen.


Abb. 2 Vorbereitung der DNA-Vervielfältigung

Man teilte uns in 4 Gruppen à 3 Personen ein. Dann tauchten wir in die Praxis der Molekularbiologie ein. Das Versuchsmaterial bestand nun aus der DNA von Fliegen und Tomaten.
Im ersten Schritt sollte ein bestimmter Genabschnitt bzw. DNA-Fragment, der für das Membranprotein Annexin X codiert, isoliert und vervielfältigt werden (Abb. 2). In einem zweiten Schritt sollte dieses DNA-Fragment in einer Gelelektrophorese identifiziert werden. Zwei Dinge wollten wir mit Hilfe von jeweils 4 Versuchsansätzen herausfinden: 1. Welche Stoffe sind für die Isolation und Vervielfältigung (PCR) notwendig? 2. Ist das gesuchte DNA-Fragment in der Tomaten-DNA oder in der Drosophila-DNA enthalten?
Die Versuchsansätze wurden dazu in einen so genannten Thermocycler gegeben. Dieser erhitzt die Proben beziehungsweise die Gemische für einen bestimmten Zeitraum bei einer bestimmten Temperatur. Wir wussten aus dem Unterricht, dass wir für einen Zyklus der DNA-Vervielfältigung drei verschiedene Temperaturen brauchten. Dieser Zyklus wird 30 - 50mal wiederholt, bis genügend DNA-Material vorhanden ist. Während unsere Ansätze im Thermocycler „vor sich hin schmorten“, wiederholten wir kurz das nötige theoretische Wissen für die Auswertung der Ergebnisse. Die restliche Wartezeit nutzten wir für einen weiteren Arbeitsschritt, die Isolierung von DNA.


Abb. 3 Befüllen der Ultrazentrifuge

Bei der Isolierung von DNA kam es darauf an, die DNA durch verschiedene Arbeitsschritte sauber von den restlichen Zellbestandteilen zu trennen (Abb. 3 und 4). Der Vorgang der Isolation bestand aus mehr als einem halben Dutzend verschiedener Schritte. Bereits nach zwei Schritten war es uns möglich, die DNA-Fäden im Reagenzglas zu erkennen. Das war also der Stoff, durch den jeder Mensch und jedes Tier, jede Pflanze zum Individuum wird.


Abb. 4 DNA-Isolierung

Da die DNA-Vervielfältigung noch einige Zeit benötigte, nutzten wir diese Pause und erforschten die restlichen Räume des Instituts. Wir schauten uns an, wie die mikroskopisch kleinen Gehirne der Drosophila, der Taufliege, im Fluoreszenzmikroskop untersucht werden, und waren in der Küche, wo das Fliegenfutter hergestellt wurde. Der Geruch des Fliegenfutters erinnerte einige von uns an Pferdefutter. Zuletzt besuchten wir die Fliegenbrutstätte.
Nun setzten wir eine Gelelektrophorese an, mit der man die Länge gesuchter DNA-Fragmente bestimmen und so das gesuchte Gen für Annexin X identifizieren kann (Abb. 5).


Abb. 5 Befüllen einer Gelelektrophoresekammer

Die Auswertung unserer Versuchsansätze wurde uns zugeschickt, da wir nach fast 5 Stunden Mikrobiologie-Praxis nicht noch eine weitere Stunde auf das Ergebnis der Gelelektrophorese warten sollten.
Die email über die Auswertung traf schon am nächsten Tag ein. Jetzt erst konnte gezeigt werden, ob wir gut und genau gearbeitet hatten. Unsere Ergebnisse waren sehr erfreulich. Alle Gruppen hatten ausgezeichnet gearbeitet und kamen zu einem aussagekräftigen Ergebnis (Abb. 6).

PCR Gr. Dreieck         PCR Gr. Quadrat
M   1     2     3     4    M     1     2     3     4

Abb. 6 Ergebnis der Gelelektrophorese der Gruppen Dreieck und Quadrat

Auswertung: Warum ist ausschließlich in Ansatz 3 eine Bande zu sehen?
Nur in der Drosophila DNA ist das gesuchte Gen enthalten. Die zwei Primer (zugegebene Stoffe für die DNA-Vervielfältigung) waren spezifisch für dieses Gen für das Annexin X, ein Drosophila-Protein, und konnten demnach nicht an die Tomaten-DNA (Ansatz 4) binden.
In den Ansätzen 1 und 2 sind deshalb keine Banden zu sehen, weil hier nur ein Primer zugegeben wurde. Dieser ist aber nicht ausreichend für die spezifische Amplifizierung eines DNA-Fragmentes definierter Größe.
Wie groß (in bp) ist das amplifizierte DNA-Fragment? Über einen Vergleich mit dem uns bekannten Längenmaßstab M etwa 550 bp (Basenpaare).


Fazit: Die Fliege, nicht die Tomate, war unser „Täter“.


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