Der DNA auf der Spur

Der DNA auf der Spur

Der genetische Fingerabdruck im Labor

Wie wird DNA aus lebenden Zellen gewonnen? Wie funktioniert das Verfahren PCR, dass zurzeit auch bei dem Test auf Covid-19 angewendet wird? Und wie kann das gewonnene und vervielfältigte Erbgut schließlich sichtbar gemacht werden?

Diesen aktuellen und spannenden Fragen gingen die Schülerinnen und Schüler des Biologie Leistungskurses der Q1 ganz praktisch auf den Grund. Einen ganzen Tag verbrachte der Kurs in einem Profi-Labor des Vereins „KölnPub“, der Fortbildungsmaßnahmen für Schulen, Wirtschaft und Politik im Bereich der Biologie und besonders in der Molekulargenetik organisiert und durchführt.

Die theoretische Einführung in das Thema hatten die Schülerinnen und Schüler bereits im Unterricht erhalten. Obligatorisch wird das Praktikum parallel zum Lehrplanthema „Molekulargenetik“ geplant und durchgeführt, so dass der Kurs nach einer kurzen Einweisung sofort anfangen konnte, zu arbeiten.

Die Schülerinnen und Schüler extrahierten dazu eigene DNA aus Mundschleimhautzellen. Dabei waren viele Arbeitsschritte notwendig, die sie einzeln an ihren Laborarbeitsplätzen durchführen mussten. Exaktes und sauberes arbeiten, Umgang mit kleinsten Mengen diverser Chemikalien zum Lösen und Säubern der Zellbestandteile und die Handhabung verschiedener Laborgeräte stellten den Kurs vor große Herausforderungen.

Das Ziel der Arbeit sollte es sein herauszufinden, ob man ein bestimmtes genetisches Merkmal nur von einem, oder von beiden Elternteilen vererbt bekommen hat; dieses Merkmal konnte man dann mit dem genetischen Fingerabdruck sichtbar machen. Gleichzeitig lernte der Kurs im Detail alle Arbeitsschritte kennen, wie sie dazu in Laboren notwendig sind, z.B. beim Landeskriminalamt, wo Täterspuren wie Blut oder Hautschuppen in einem genetischen Fingerabdruck (Foto) sichtbar gemacht werden, oder eben, ganz aktuell, um DNA von Viren nachzuweisen.

Die gewonnene DNA wird in einem Gerät (Thermocycler) vervielfältigt und schließlich in einem elektrischen Feld (Gel-Elektrophorese) aufgetrennt. Durch das Hinzufügen eines lumineszierenden Farbstoffes kann die DNA in Form eines so genannten Bandenmusters sichtbar gemacht werden. Über Lage und Länge der Bandenmuster kann dann eine Aussage über das Vorhandensein bestimmter genetischer Merkmale getroffen werden (Foto).

Am Ende des Tages hatte der Kurs nicht nur einen spannenden Arbeitstag hinter sich, sondern auch einen Eindruck von der täglichen Arbeit im Labor, die gerade im Bereich der Biologie besonders vielfältig und abwechslungsreich ist.

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Dr. Michael Tech
Botanisch-Genetischer Ferienkurs

Botanisch-Genetischer Ferienkurs

Als MINT-freundliche Schule (Mathematisch-Informationstechnisch- Naturwissenschaftlich-Technisch) arbeitet das Goethe Gymnasium seit Jahren mit verschiedenen Kooperationspartnern aus der Forschung, Lehre und Industrie zusammen. So wird es immer wieder engagierten und interessierten Schülerinnen und Schülern ermöglicht, an Workshops, Projekten und Praktika teilzunehmen, die ihnen einen Einblick in mathematisch- naturwissenschaftliche und informationstechnische Berufsfelder ermöglichen.

Schüler des Biologie Leistungskurses konnten in diesem Jahr ein Praktikum an der Universität Köln absolvieren, im so genannten CEPLAS-Labor (Cluster of Excellenz in Plant Sciences), das von der Robert Bosch und der Rhein Energie Stiftung finanziell unterstützt wird.

In dem einwöchigen Kurs, den die Schüler freiwillig in der ersten Woche der Herbstferien absolvierten, wurde die Bedeutung von symbiotisch lebenden Pilzen im Wurzelgeflecht von Pflanzen erforscht. Je mehr dieser mikroskopisch kleinen Pilze im Boden vorhanden sind, umso besser ist das Pflanzenwachstum und umso höher ist z.B. bei Nutzpflanzen auch der Ertrag. Das Besondere dabei war, dass die Schüler alle Tätigkeiten und Arbeitsschritte eigenverantwortlich durchführen mussten, wie sie auch täglich in einem Profi-Labor anfallen. Biochemische und molekulargenetische Untersuchungen wurden dabei ebenso durchgeführt, wie mikroskopische Untersuchungen und die Routinearbeit der Dokumentation.

Begleitet und betreut wurde das Praktikum von Lehramtsstudenten der Fakultät Biologie, unter der Leitung von Prof. Dr. Marcel Bucher sowie der verantwortlichen für das gesamte Programm CEPLAS Forschung und Lehre, Dr. Mitzi Villajuana.

Eine während des Praktikums erstellte Präsentation kommt allen Schülern und Schülerinnen zugute, da die Absolventen ihre Ergebnisse in den Biologie Leistungskursen der Q1 und Q2 vorstellen werden und sich damit gleichzeitig sehr gute mündliche Leistungen im Unterricht erarbeiten können.

Klicken Sie auf den Link, um einen Schüler-Erfahrungsbericht zu lesen.

 

Dr. Michael Tech