von Anna Ordon und Anna Rothweil (Q2)
Die beiden Biologieleistungskurse der Q1 von Frau Lücker und Frau Köller besuchten am 8. November 2023 das Labor der Technischen Universität Darmstadt, um dort an einem Schülerpraktikum zum Thema „Molekularbiologie: Plasmidisolierung-PCR-Restriktion-Gelelektrophorese“ teilzunehmen. Treffpunkt war um 08:15 Uhr an der Universität, sodass es pünktlich um 08:30 Uhr mit der Einführung in die Sicherheitsstufen und die Verhaltensregeln losgehen konnte. Dr. Guido Klees, Leiter des Lernlabors, der uns über den Tag begleitet hat, hat uns zunächst grundlegende Informationen über die folgenden fünf Versuche erläutert, sodass wir uns schnell im Labor zurechtfinden konnten.
Nach der Erläuterung der Materialien und der Umgangsweise mit den Hilfsmitteln ging es sofort mit der Arbeit los.
Bei unserer ersten Station war die Aufgabe, unser genetisch verändertes Untersuchungsobjekt Plasmid „pGlo“, welches ein Bestandteil des Bakteriums E. coli darstellt, zu isolieren und anschließend molekularbiologisch zu charakterisieren. Dabei mussten wir zunächst die Zellen aus einem Nährmedium „ernten“, diese auflösen und das offen gelegte Plasmid fixieren.
Nach einem „Waschvorgang“ lag das Plasmid „pGlo“ nun frei in einer wässrigen Lösung vor. Anschließend bestimmten wir die DNA- Konzentration mithilfe eines Photometers, einem Gerät zur spezifischeren Bestimmung einer Substanz.
Bei der zweiten Station amplifizierten (vervielfältigten) wir das GFP-Gen, welches sich auf unserem Plasmid befand, mithilfe der Polymerasen Kettenreaktion (PCR). Um hierzu nur unser GFP-Gen zu vermehren, wurden Primer (Anzeige für den Startpunkt der Replikation) an Anfang und Ende des Gens gesetzt. Für die Replikation nutzten wir einen so genannten Thermocycler, welcher die Vermehrung in 30 Zyklen innerhalb von drei Temperaturstufen stattfinden ließ.
Dabei fand zunächst bei 95 Grad eine Denaturierung statt, bei der der DNA-Doppelstrang in zwei Einzelstränge aufgespalten wurde. Anschließend setzten bei 60 Grad die Primer an. Dieser Vorgang wird Annealing genannt.
Dabei wird die Elongation (Verlängerung) bei 72 Grad ermöglicht, sodass die Taq-Polymerase ansetzten kann und eine Verlängerung der DNA- Einzelstänge stattfindet. Bei der Amplifikation entstehen genaue Kopien der DNA- Fragmente.
In unserer darauffolgenden Station beschäftigten wir uns mit der Restriktionsanalyse, da das „pGlo“ Plasmid nur ringförmig vorliegt und wir für die Gelelektrophorese nur lineare DNA-Fragmente benutzen können. Infolgedessen musste im ersten Ansatz das Plasmid durch das Restriktionsenzym EcoRI geschnitten und angepasst werden. Durch die zweite Restriktionsanalyse mit dem Enzym Hind III wird die GFP-Gen Orientierung auf dem Plasmid „pGlo“ überprüft, währenddessen der dritte Ansatz mit dem Plasmid „pGlo“ ohne Restriktionsenzyme zur Kontrolle dient.
Um unsere Ansätze überhaupt auswerten zu können, mussten wir zunächst die Gelelektrophorese vorbereiten. Dazu benötigten wir ein 1%iges Agarosegel, welches wir in mehreren Schritten selbst zusammen mischen durften. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf der DNA-Färbelösung, die am Ende zum flüssigem Gel hinzugefügt wurde.
Unsere DNA war farblos, daher benötigt man eine Farblösung, um sie unter UV-Licht erkennbar zu machen und unsere einzelnen Ansätze auswerten zu können. Nachdem das Gel ausgekühlt war und wir unseren Gelschlitten in die Elektrophoresekammer eingesetzt hatten, pipettierten wir unsere Ansätze in die vorhandenen Geltaschen ein.
Unter elektrischer Spannung wanderten die DNA-Fragmente nach einiger Zeit durch das Gel zum positivem Pol der Kammer, da die negativ geladenen Phosphatgruppen der DNA-Fragmente dafür sorgen, dass diese leicht negativ geladen sind. Am Ende konnten wir schließlich unterschiedlich ausgeprägte Ergebnisse des Versuches herausfiltern und lernten damit an diesem Tag einige der wichtigsten molekularbiologischen Methoden, die in der aktuellen Forschung unerlässlich sind, praktisch kennen und wendeten diese selbst an.
Dabei bekamen wir die Möglichkeit, die im Biologieunterricht gelernte Theorie praktisch zu erleben. Durch unser eintägiges Praktikum an der Technischen Universität wurden uns die molekularbiologischen Methoden verständlicher und es hat uns sehr viel Spaß gemacht, in einem Labor Versuche durchführen zu können.
Anfang Februar 2024 erhielten einige Schülerinnen und Schüler der Leistungskurse von Frau Köller und Frau Lücker erneut die Möglichkeit, ihre molekularbiologischen Kenntnisse an der Universität Mainz zu vertiefen. Zudem erhielten die Schülerinnen und Schüler im Sinne der Berufs-und Studienorientierung einen Einblick in den Tätigkeitsbereich eines Molekularbiologen.
