21.01.2009: Exkursion des LK Biologie in das NWZ

Am Mittwoch den 21.01.2009 war es soweit, der S2 Bio-Leistungskurs von Frau Wiechmann machte sich in aller Herrgottsfrühe – sprich 9.00 Uhr – auf den Weg ins beschauliche Mümmelmannsberg. Dort wurden wir schon in der DNA-Forschungsstation des Naturwissenschaftlich-Technischen Zentrums, versteckt in der Gesamtschule Mümmelmannsberg, erwartet. Hier sollten wir unser theoretisches Wissen über die PCR ( Polymerasekettenreaktion ) in die Praxis umsetzen.

Zunächst aber einmal eine kleine Einführung in die Biologie:
Die Methode der „Polymerasekettenreaktion“ ( polymerase chain reaction ) wird eingesetzt, um DNA-Bereiche in großen Mengen vermehren zu können. Die Tatsache, dass mit dieser Technik hochspezifisch nur die gewünschte DNA-Regionen aus kleinsten Mengen an Ausgangsmaterial ( z.B. zwei bis drei Millimeter von eurer Mundschleimhaut ) gewonnen werden können, ließ die PCR zu einer der wichtigsten Methoden der Molekularbiologie avancieren. Jetzt fragt man sich natürlich, wofür brauche ich Kopien von z.B. meiner Mundschleimhaut-DNA? Wir alle haben schon mal davon gehört, dass eine Mutter wissen möchte, wer der Vater ihres Kindes ist, sie sich jedoch nicht allein auf Grund ihres Gedächtnisses daran erinnern kann. Dann braucht sie einen Vaterschaftstest, der das Ergebnis „den genetischen Fingerabdruck“, welcher durch die PCR ermittelt wird, herausfindet. Der genetische Fingerabdruck ist nichts anderes als ein DNA-Profil, das im höchsten Maße für jemanden charakteristisch ist. Da jeder Mensch sein individuelles DNA-Profil besitzt, kann man somit herausfinden, wer in diesem Falle der Vater ist, da das DNA-Profil des Kindes dem der Erzeuger ähnelt.

Nun sind wir in unserem Labor angekommen, der Tagesplan war: Die DNA aus unseren eigen Mundschleihautzellen isolieren, reinigen und im Thermocycler vermehren, um sie dann mithilfe der Gelelektrophorese nachzuweisen. Doch bevor das alles geschehen konnte, stellte sich uns Frau Dr. Sabine Rebstock vor. Dank ihrer Hilfe gelangten wir zum Schluss alle an das gewünschte Ziel ohne uns z.B. an der 100 °C heißen Natronlauge mit Mundschleimhautzellen zu verbrennen.
Nachdem wir alle unsere Kittel anhatten und schon wie echte Forscher aussahen, erklärte sie uns die Aufgabe. Voller Tatendrang machten wir uns an die Arbeit uns selbst oder unserem Nachbarn die Mundschleimhautzellen aus dem Mund zu kratzen und sie mit 50µl Natronlauge zu mischen, um danach die vorhandene DNA zu isolieren. Nach acht Minuten Kochen bei 100 °C lag die DNA eines jeden frei.

Nun beginnt die DNA-Isolierung über Säulen-Adsorptions-Chromatographie. Nach dem Prozess der DNA-Isolierung liegt uns die DNA im reinen Eluat, am unteren Ende des Auffanggefäßes, vor.
Im dritten Teil kommt nun auch die bekannte „PCR zur Amplifikation einen Genabschnittes“ vor. Im Thermocycler laufen automatisch die verschiedenen Temperaturschritte ab, die für die Reaktion nötig sind. Bei 95 °C wird die DNA denaturiert, bei kühlen 58 °C lagern sich die Primer an und bei 72 °C polymerisieren die neuen DNA-Stränge. Dieser Vorgang dauert eine gewisse Zeit, in der wir die verdiente Pause nutzten, um in der fremden Cafeteria über das leckere Angebot an Leckerein herzufallen.

Die Polymerasekettenreaktion war abgeschlossen, als wir den Raum wieder betraten, es war Zeit die PCR-Produkte auf dem Agarosegel zu analysieren. Mit dem selbst hergestellten Agarosegel, das in Gelkammern gegossen wird, konnten wir nun unsere DNA-Proben der Elektrophorese unterziehen. Die Puffkammern werden nach dem Erhärten des Gels mit Elektrolytlösung aufgefüllt. Von jeder DNA-Probe und von den Kontrollen werden je 20µl in eine Vertiefung pipettiert. An das Gel wird ein Stromfeld angelegt, in dem die DNA-Stücke von der negativen zur positiven Seite wandern. Dabei trennen sie sich ihrer Größe nach auf. Nach der Elektrophorese werden die DNA-Moleküle im Gel angefärbt und analysiert. Gleiche Moleküle laufen in diskreten Zonen – umgangssprachlich als Banden bezeichnet – durch das Gel. Mehrere Proben können parallel nebeneinander gleichzeitig durch dasselbe Gel laufen. Ist die Größe einiger Moleküle bekannt, kann man durch Vergleich von deren Banden mit den restlichen Banden die Größe der anderen Moleküle abschätzen.
Angewandt wird diese Elektrophorese vor allem als Analyseverfahren in der Biologie und Medizin. Eine der wichtigsten Anwendungen ist der DNA-Test. Die Elektrophorese dient hier dazu, DNA-Fragmente unterschiedlicher Länge voneinander zu trennen. Zur Bestimmung der Messwerte eines Gels wie z.B. Laufweiten, Molmassen und Quantifizierungen wird eine spezialisierte Auswertesoftware genutzt.

Nun waren wir am Ende unserer Exkursion angekommen. Nachdem alle mithalfen klar Schiff zu machen, machte man sich auf den Weg nach Hause, den Kopf voll mit Elektrophorese, DNA, Natronlaugen usw. Ein herzliches Dankeschön für diesen schönen Tag geht von uns auch an Frau Wiechmann, welche uns mit Rat und Tat beiseite stand.

Malin de Souza & Robin Gebhardt (S2)