Liste der Praktika des Genlabors

Strukturmodell einer DNA-HelixDie folgenden Praktika werden zur Zeit angeboten:

 

DNA-Isolation aus Obst und Gemüse

Einfach aber eindrucksvoll wird mit Supermarktprodukten (Geschirrspülmittel, Kochsalz und Alkohol) in knapp einer Stunde die DNA aus den Zellen von Tomaten, Nektarinen oder Erdbeeren isoliert. Der filtrierte Fruchtextrakt, der Kochsalz und Detergenz enthält, wird mit eiskal­tem Spiritus überschichtet. In der Interphase fällt die DNA aus. Diese wird dann mit Hilfe einer Impföse als Faden herausgezogen und aufgewickelt. (1 h*)

 

DNA-Isolation aus der eigenen Mund­schleimhaut

Mit einem Versuchskit, wie es auch in der Laborpraxis Verwendung findet (Kit der Firma AnalyticJena), wird die DNA aus Zellen der Mundschleimhaut isoliert. Dazu werden mit einem Wattetupfer Zellen aus der Mundhöhle entnommen, aufge­schlossen und die DNA herausgelöst. Anschlie­ßend wird die DNA gereinigt und mit Hilfe der Agarose-Gelelektrophorese aufgetrennt und sichtbar gemacht.

In molekularbiologischen Labors dient die so gewonnene DNA als Ausgangsbasis für weiter­führende gentechnische Arbeiten, wie beispiels­weise die Isolierung und Übertragung von Genen. (2 h*)

 

Simulation eines genetischen Fingerab­drucks durch Restriktionsverdau

Unter Verwendung von Restriktionsenzymen (molekularen Scheren) wird die DNA des Täters und der Verdächtigen geschnitten. Mit Hilfe der Gel­elektrophorese können die Nukleinsäurestücke der Größe nach im elektrischen Feld sortiert werden. Da keine DNA der anderen gleicht, entstehen deutlich unter­schiedliche Schnittmuster, die durch Zugabe von optischen Markern, über UV-Licht sichtbar gemacht werden können.

In unserem Laborversuch klären wir ein fiktives Verbrechen auf. Als Ausgangsmate­rial dienen DNA-Proben von drei Verdachtsper­sonen und eine am Tatort gefundene Täter-DNA-Probe. Jede DNA wird individuell an ihren spezifischen Erkennungsstellen geschnitten. Durch den anschließenden Vergleich der Proben wird der Täter überführt.

In der Rechtsmedizin, zur Aufklärung von Straftaten, haben die so hergestellten "genetischen Fingerabdrücke" eher historische Bedeutung, in der molekularbiologischen Praxis jedoch nimmt diese Art der Analyse einen hohen Stellenwert ein. (2 h*)

 

DNA-Detektive: Forensische DNA-Analyse mittels VNTR-PCR

Nachdem die Schlüler ihre eigene DNA aus Zellen der Mundschleimhaut isoliert haben (s.oben), wird ein hochvariabler Bereich von Chromosom 1 - ein sogenannter VNTR (Variable Number Tandem Repeat) mittels PCR spezifisch vermehrt. Die bei den Schüler*innen vorhandenen unterschiedlichen Alleele dieses D1S80 Locus werden dann mit Hilfe der Agarose-Gelelektrophorese aufgetrennt, sichtbar gemacht und mit einer "Tatortprobe" verglichen.
Wer war der "Täter" ?  Spannung bis zum Schluß! (4 h*)

 

Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zum Nach­weis von Mikroorganismen

Mykoplasmen sind eine weit verbreitete Gruppe von Bakterien. Sie können in der La­borpraxis ganze Zellkulturen so umprogrammieren, dass Versuche, die in ihrer Anwesenheit durchgeführt wurden, zu falschen Forschungsergebnissen führten und immer noch führen.

Vertreter dieser Gruppe können auch bei immunge­schwächten Menschen eine Reihe ernstzu­nehmender Krankheiten auslösen. Wir weisen im Praktikum einen harmlosen Vertreter der großen Mykoplasmenfamilie, das Bakterium Mykoplasma orale, nach. Es wächst im Mund- und Ra­chenraum des Menschen vor allem zu Erkäl­tungszeiten, wenn die körperliche Abwehr mit der Bekämpfung von Erkältungserregern be­fasst ist. Mykoplasma orale löst aber von sich aus keine Erkran­kung aus. Dieses Bakterium ist ein Kosmopolit, der überall und zu jeder Zeit durch die Luft übertragen werden kann.

Wir weisen die Mykoplasmen-DNA aus DNA-Proben frü­herer Praktikanten mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion und einer anschließenden Gelelektrophorese nach. (4 h*)

 

 

ENZYME LINKED IMMUNO-SORBENT ASSAY (ELISA)
Nachweis von Botrytis Pilzinfektionen der Himbeere

Der Botrytis-ELISA kann sowohl im Ökologiekurs (zum Nachweis von Ernteschäden durch Mikroorganismen), als auch im Immunologiekurs (als Beispiel für die Durchführung des HIV-ELISAs) exemplarisch eingesetzt werden. Auch zum Nachweis von Drogen (z.B. Doping-Kontrollen bei Sportlern) benützen professionelle Labore die ELISA-Technik.

Botrytis ist eine weltweit verbreitete Gattung von Schimmelpilzen. Obst und Gemüse (z.B. Himbeeren, Erdbeeren, Trauben, Tomaten, Getreide sowie auch Blumen) werden im Sommer häufig von dem Pilz Botrytis befallen, welcher sich als sogenannter Grauschimmel über die Früchte legt. Er richtet großen wirtschaftlichen Schaden an, gibt aber keine gefährlichen Mykotoxine in seine Umgebung ab.

Zum Nachweis dieses Pilzes werden monoklonale Antikörper (MAK), die sich gegen den Grauschimmelpilz Botrytis richten, eingesetzt. Diese monoklonalen Antikörper werden durch enzymmarkierte Zweitantikörper aufgespürt. Der Nachweis des Pilzes erfolgt schließlich über eine Farbreaktion, indem das an den Zweitantikörper gebundene Enzym (Meerrettich-Peroxidase) die zuletzt hinzugegebene farblose Lösung, Tetramethylbenzidin (TMB), zu einer blauen Lösung umsetzt. Die Tiefe der Blaufärbung korreliert mit der Menge des nachweisbaren Pilzantigens. (3 h*)

 

Neurobiologie - physiologische Grundlagen, Lernen & Gedächtnis

Zunächst erhalten die Schüler eine theoretische Einführung zu folgenden Themen:
neuronale Verarbeitung, Lernen und Gedächtnis und Sinnesphysiologie.
Anschließend führen die Schüler in Zweiergruppen an drei verschiedenen Stationen Versuche mit folgenen Schwerpunkten durch:

  1. Differentielle Konditionierung der Honigbiene Apis mellifera
  2. Sinneswahrnehmung, Koordination und Sinnestäuschung - Versuche mit der Prismenbrille
  3. Die Zelle als Batterie - Messung von  Membranpotentialen  mit Hilfe der Ussing-Kammer

Alle Versuche werden protokolliert und im Praktikum ausgewertet.

 

Bioinformatik: Molekulare Evolution und Phylogenie

Die Schüler erhalten zunächst eine theoretische Einführung in die molekulare Evolutions, Sequenzierungsverfahren und klassische sowie moderne Methoden phylogenetischer Bestimmung.
Es erfolgt eine Einführung in Online-Sequenzdatenbanken sowie die Grundlagen ihrer Bedienung.
Anschließend erarbeiten die Schüler selbstständig (z.T. mit Hilfe von Arbeitsbögen) an Computerarbeitsplätzen folgende Aufgaben:

  1. Korrekte Zuordnung von Artnamen und Suche von DNA-/Protein-Sequenzen
  2. Vergleich von Sequenzdaten (Quantifizierung von Unterschieden)
  3. Erstellung von Stammbäumen aufgrund der Sequenzdaten

Alle Untersuchungen werden protokolliert und im Praktikum ausgewertet.

 

 

 

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