Liste der Praktika des Genlabors

Die folgenden Praktika werden zur Zeit angeboten:

• DNA-Isolation aus Obst und Gemüse
• DNA-Isolation aus der eigenen Mund­schleimhaut
• DNA-Detektive: Forensische DNA-Analyse mittels VNTR-PCR
• ELISA (Enzym Linked Immuno-Sorbent Assay) Hinweis: Neuer ELISA in Entwicklung!
• Neurobiologie - physiologische Grundlagen, Lernen & Gedächtnis
• Bioinformatik: Molekulare Evolution und Phylogenie

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*)

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*)

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.

Bildnachweis:

• animierte DNA-Grafik: Zephyris via Wikimedia Commons, CC-by-SA 3.0 unported