zum NEWSarchiv / 05.+06.11.2018: Besuch des Biologie-Leistungskurses im Schüler-Genetik-Labor am KIT

Am 5. und 6. November besuchten jeweils 12 Schülerinnen und Schüler des Biologie-Leistungskurses von Herrn Scherr das Gentechnik-Labor im Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt (FTU) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Passend zum aktuellen Lehrplanthema „Genetik“ konnten hier die im Unterricht erworbenen theoretischen Kenntnisse praktisch umgesetzt werden. Neben dem Umgang mit Labor-Material und -Geräten wurden auch verschiedene biologische Arbeitsmethoden wie beispielsweise das Pipettieren, Vortexen und Zentrifugieren erlernt. Das Ziel des Tages war es, einen eigenen genetischen Fingerabdruck zu erstellen.

Dazu sollten die Schülerinnen und Schüler ihre Mundschleimhautzellen entnehmen, um die darin enthaltene DNA zu isolieren und zu reinigen. Die Abkürzung DNA steht für Desoxyribonukleinsäure (bzw. englisch -acid), dabei handelt es sich um ein Biomolekül in unseren Zellen, das als Träger der Erbinformationen dient.

Im Anschluss daran mussten die Schülerinnen und Schüler eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR, polymerase chain reaction) durchführen. Dieses biotechnisches Verfahren dient dazu, kleinste Mengen spezifischer DNA-Sequenzen enzymatisch milliardenfach zu vervielfältigen, um eine für weitere Untersuchungen hinreichend große Menge DNA zu erhalten. Die PCR stellt eine unentbehrliche Methode für viele Fragestellungen der heutigen Molekulargenetik dar. Durch sich immer wieder wiederholende Zyklen (Denaturierung, Primer Annealing, DNA-Synthese/Elongation) kommt es bei diesen Vorgängen zu einer exponentiellen Vermehrung eines spezifisches DNA-Abschnitts.

Abschließend mussten die DNA-Proben noch einer Gelelektrophorese unterzogen werden. Dabei laufen elektrisch geladene Teilchen in einem elektrischen Feld unterschiedlich weit, und können so sichtbar aufgetrennt werden. Wenn lineare DNA-Moleküle im elektrischen Feld die Trägermatrix, ein Agarose-Gel, durchlaufen, werden sie aufgrund ihres konstanten Ladungs-/Masse-Verhältnisses entsprechend ihrer Größe aufgetrennt.

Nach rund acht arbeitsintensiven Stunden im Labor konnte dann endlich die Auswertung des Gels vorgenommen werden: die Schülerinnen und Schüler erhielten ein Bandenmuster ihrer eigenen DNA. So konnten wir beispielsweise eine Geschlechtsbestimmung anhand eines bestimmten Abschnittes des Y-Chromosoms durchführen, der sogenannten „Sex determing region of Y“ (SRY), einer der bekanntesten und zugleich wichtigsten Region im Genom des Menschen zur Bestimmung des Geschlechts. Die Ergebnisse überraschten uns natürlich wenig: wir konnten SRY nur bei den männlichen Kursteilnehmern nachweisen; mit der gleichen Methode könnte man allerdings auch Erbkrankheiten wie Mukoviszidose oder Chorea Huntington sicher diagnostizieren. (Aus datenschutzrechtlichen und ethisch-moralischen Gründen durften wir nur nicht-aussagekräftiges genetisches Material untersuchen.) Die notwendige Interpretation und Dokumentation der Ergebnisse sowie eine Fehleranalyse und ein Abschlussgespräch rundeten den erlebnisreichen Tag ab.

Die Schülerinnen und Schüler waren begeistert von dem Tag im Genetik-Labor und fanden es spannend, wichtige biologische Arbeitsweisen im Labor kennenzulernen. Die durchgeführten Verfahren werden heute weltweit täglich für unterschiedliche Zwecke eingesetzt: sie werden beispielsweise bei der biologischen und medizinischen Grundlagenforschung angewendet, dienen in der Gerichtsmedizin und Kriminaltechnik zur Überführung eines Täters, oder können auch für Vaterschaftstests verwendet werden – sind also aus dem modernen Alltag nicht mehr wegzudenken und zeigen uns, welch wichtigen Beitrag die Molekularbiologie hier leisten kann.