08. November 2017
Traditionell besuchten die 12. Klassen unserer Schule auch dieses Jahr wieder das Gläserne Labor in Berlin-Buch, um zwei Experimente im Rahmen des Biologieunterrichts durchzuführen. Nach einer kurzen Einweisung in die Sicherheitsvorschriften des Labors, einer kleinen Einführung in die Tätigkeiten des Campus Buch und einer Erläuterung der beiden Versuche, konnten die Schüler sich Kittel schnappen und loslegen.
In dem ersten Versuch wurden wir zu „DNA Detektiven“ ernannt und hatten die Aufgabe, ein fiktives Verbrechen aufzuklären. Zur Identifikation des Verbrechers hatten wir sowohl eine DNA-Probe des unbekannten Täters, welche vom Tatort stammte, als auch drei DNA-Proben von möglichen Verdächtigen.
Die Aufgabe war es nun, mithilfe von bestimmten Enzymen den genetischen Fingerabdruck der DNA-Proben herauszufinden. Diese genetischen Fingerabdrücke werden dann verglichen, um den echten Täter zu schnappen. Dazu musste eine sogenannte Gelelektrophorese gemacht werden. Die Proben mussten dafür sorgfältig in die Kammern eines Gels pipettiert werden, in diesem Fall war es ein Agarose-Gel. Da die DNA bekanntlich eine Säure ist und somit Ionen besitzt, ist sie negativ geladen. Aufgrund dessen wird die Probe, wenn die Kammer an einem elektrischen Feld angeschlossen ist, Richtung Pluspol wandern. Nach 10 Minuten bei 120 V konnte man das Gel aus der Elektrophorese-Kammer entnehmen.
Um die DNA-Fragmente jetzt sichtbar zu machen, wird das Gel auf einen UV-Lichtkasten gelegt. Unter UV-Licht ist es nun möglich, die Muster der orange aufleuchtenden DNA-Fragmente der 4 verschiedenen Proben untereinander zu vergleichen und nach Übereinstimmungen zu suchen, um somit den Täter zu identifizieren. >> Ergebnis
In unserem 2. Experiment war es die Aufgabe, eine Genübertragung mit Plasmiden durchzuführen. Bei uns wurde der Mechanismus der genetischen Transformation des Darmbakteriums E. coli beobachtet. Transformation bedeutet hier, dass zellfremde DNA in einem Organismus aufgenommen wird und dadurch zur Veränderung genetischer Eigenschaften beiträgt.
In unserem Fall wurde hier das „Grün-Fluoreszierende Protein“ (Green Fluorescent Protein oder auch GFP) in die bereits erwähnten E. coli Bakterien eingesetzt. Dieses GFP stammt von der Qualle Aequorea victoria und ist dafür verantwortlich, dass diese Art der Quallen im Dunkeln hellgrün leuchten kann. Somit sollte es unseren Bakterien, nach dem Einbringen dieses Gens, ebenfalls möglich sein, hellgrün zu leuchten.
Um das Eindringen dieser DNA-Moleküle in die Bakterien ermöglichen zu können, müssen die Zellwände aufnahmefähig gemacht werden. Hierfür werden die E. coli Bakterien mit einer Kalziumchloridlösung behandelt und danach für genau 50 Sekunden in einen auf 42° vorgeheizten Hitzeblock gestellt; somit werden sie einem Hitzeschock ausgesetzt.
Nach Zugabe einer kleinen Menge an sogenannter Nährlösung und erneutem Abkühlen im Eisbad, schließen sich die Zellwände der Bakterien wieder und die fremde DNA wurde aufgenommen.
Um nun das GFP-Gen auf die E. coli zu übertragen, wird ein Plasmid mit dem Namen „pGLO“ eingesetzt. Es enthält die Sequenz des GFP-Strukturgens, die notwendigen DNA-Abschnitte für das Anschalten der Gene in den transformierten Bakterien und ein Gen für die Vermittlung der Ampicillinresistenz.
Damit das Gen angeschaltet werden kann, benötigt es den Einfachzucker Arabinose. Innerhalb mehrerer Stunden wächst aus einer Zelle nun eine Kolonie mit über einhundertmillionen Zellen. Sie sind nun in der Lage, unter Einstrahlung von ultraviolettem Licht hellgrün zu leuchten. Sobald der Zucker verbraucht ist, wird kein GFP mehr produziert und die Lichtquelle wieder abgeschaltet.
Das Plasmid spielt bei der Selektion der transformierten Bakterien ebenfalls eine wichtige Rolle. Nur die Bakterien, mit einem eingeschleusten pGLO-Plasmid sind in der Lage, zu wachsen und Kolonien zu bilden.
Wir haben bei unserem Versuch 4 verschiedene „Kombinationen“ auf unterschiedlichen Agrarplatten ausprobiert und herausgefunden, durch welche Eigenschaften die transformierten E. coli nun leuchten und sich vermehren.
Hierfür wurden sowohl –pGLO als auch +pGLO verwendet. -pGLO sind nur E. coli Bakterien; +pGLO sind E. coli Bakterien mit dem Plasmid.
In der ersten Agrarplatte waren -pGLO und Nähragar, das Nährmedium. Hier können die Bakterien zwar wachsen, haben aber kein Plasmid und können deshalb nicht leuchten.
Bei der zweiten Platte waren es –pGLO, Nähragar und Antibiotika. Hier haben Bakterien keine Resistenz gegen Antibiotika. Sie können nicht wachsen und haben kein Plasmid; können deshalb auch nicht leuchten. Die dritte Schale besaß als Inhalt +pGLO, Nähragar, Antibiotikum und den Arabinose Zucker. Die Bakterien hier sind antibiotikaresistent und können wachsen. Außerdem besitzen sie das Plasmid und in der Schale befindet sich Arabinose, somit können sie leuchten. In der letzten Schale waren +pGLO, Nähragar und Antibiotika. Diese Bakterien sind antibiotikaresistent, können wachsen und haben ein Plasmid. Da jedoch Arabinose in der Schale fehlt, können die Bakterien nicht leuchten.
Zwischen den verschiedenen Schritten der Experimente gab es kleine Fragerunden, an denen sich die Klasse gut mit eingebracht hat. Generell war die Stimmung an diesem Tag sehr harmonisch und alle haben gut mitgearbeitet.
Kira H. und Emily Sch. (12b)
