Das Mach Mit Labor kann leider im aktuellen Schuljahr

Mach-mit-Labor
Biochemie
Prof. Rita Bernhardt
Das Mach-mit-Labor
Das Mach-mit-Labor (Betreiberin Prof. Dr. R. Bernhardt) bietet seit 2002
naturwissenschaftlich interessierten SchülerInnen die Möglichkeit, Experimente
im Bereich der modernen biologischen Forschung unter Anleitung von
Wissenschaftlern durchzuführen. Es möchte SchülerInnen der Klassenstufen 8
bis 13 an Themen der Gentechnik heranführen und Einblicke in die Methoden
sowie Denkweisen moderner biologischer Arbeitsweisen liefern. Der allgemeine
Nutzen dieses Vorhabens liegt darin, dass das Verständnis für
naturwissenschaftliche Fragestellungen gefördert und Interesse bei
SchülerInnen für biologische Forschung geweckt wird.
Alle Versuche des Mach-mit-Labors umfassen zusätzlich zum praktischen Teil
auch eine theoretische Einführung (ca. 45 min).
Folgende Versuche werden angeboten:
Erbsubstanz zum Anfassen - Isolierung von DNA aus Tomaten
Erbsubstanz zum Anfassen - Isolierung von DNA aus Mundschleimhaut
DNA-Detektive - Simulation der forensischen DNA-Analyse
Leuchtende Bakterien - Genübertragung mit Plasmiden
Proteinreinigung aus rekombinanten Bakterien
Plasmide als Genfähren
Darüber hinaus wird im Anschluss an das Experiment für SchülerInnen der
gymnasialen Oberstufe optional ein Kurzvortrag angeboten, in dem die
Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe Biochemie vorgestellt werden, um
den SchülerInnen einen Einblick in die aktuelle Forschung zu geben. In der
Arbeitsgruppe von Frau Prof. Bernhardt besteht seit Jahren ein fundiertes
Wissen über Cytochrome P450. Diese Enzymklasse spielt eine eminent wichtige
Rolle bei der Herstellung von Steroidhormonen (Sexualhormone, Glukokortikoide
und Mineralokortikoide) sowie beim Abbau von Arzneimitteln in der Leber.
Außerdem sind Cytochrome P450 bei der Biosynthese von Naturstoffen
beteiligt, die oft als Vorläufer von Arzneimitteln wie Antibiotika oder
Krebstherapeutika genutzt werden können. Die Kenntnis der Reaktionen, die von
diesen Proteinen katalysiert werden, ist dabei von großer Bedeutung zum
besseren Verständnis von biologischen Prozessen.
Weitere Informationen zum Mach-mit-Labor finden Sie auch im Internet unter
folgenden Links:
http://bernhardt.biochem.uni-sb.de/machmit/mml.html
http://www.lernort-labor.de/net_saar.php
Kontakt:
Universität des Saarlandes
Frau Dipl. Biol. Kerstin M. Ewen
Campus, Geb. B2.2, 3. OG
Postfach 15 11 50
D-66041 Saarbrücken
Tel: +49-(0)681-302-2482
e-mail: [email protected]
Vertretung:
Herr Dipl. Biol. Simon Janocha
Campus, Geb. B2.2, 3. OG
Postfach 15 11 50
D-66041 Saarbrücken
Tel: +49-(0)681-302-6670
e-mail: [email protected]
Erbsubstanz zum Anfasssen - Isolierung von DNA aus Tomaten
Hier erfahren die SchülerInnen , dass Erbsubstanz nicht nur in "GenFood" enthalten ist, sondern auch in normalem Obst und Gemüse. Mit
einfachen Hilfsmitteln wie Spülmittel, Salz und Alkohol können die
SchülerInnen in dem knapp 90 minütigen Experiment aus den Zellen von
beispielsweise Tomaten einen schleimigen Faden isolieren - den Bauplan
des Lebens. Die isolierte DNA kann anschließend mit nach Hause
genommen werden.
Versuchsdauer: ca. 2,5 h
Zielgruppe: SchülerInnen der Mittelstufe
Erbsubstanz zum Anfasssen - Isolierung von DNA aus Mundschleimhaut
In diesem Versuch lernen die SchülerInnen , welche Schritte in der
Laborpraxis nötig sind, um aus biologischen Proben wie Speichel, Blut,
Sperma
oder Zellkulturen die Erbsubstanz DNA zu isolieren. Die SchülerInnen
gewinnen aus eigenem Speichel Zellen der Mundschleimhaut, lösen die
DNA heraus und reinigen sie, um sie anschließend auf einem Agarose-Gel
sichtbar zu machen. In der Rechtsmedizin kann die so gewonnene DNA zur
Identifizierung
von
Tatverdächtigen
über
ihren
genetischen
Fingerabdruck
(vgl.
Versuch
„DNA-Detektive“)
dienen.
In
molekularbiologischen Labors dient die gewonnene DNA als die
Ausgangsbasis für weiterführende gentechnische Arbeiten wie
beispielsweise die Isolierung und Übertragung von Genen (vgl. Versuch
„Leuchtende Bakterien“).
Versuchsdauer: ca. 3,5 - 4 h
Zielgruppe: SchülerInnen der gymnasialen Oberstufestufe
Genomische DNA
DNA-Detektive - Simulation der forensischen DNA-Analyse
Im Versuch klären die SchülerInnen durch DNA-Analyse ein fiktives
Verbrechen auf und lernen dabei elementare Techniken des "genetischen
Fingerprintings"
kennen:
Das
Schneiden
von
DNA
mit
Restriktionsenzymen und die Auftrennung der entstehenden DNABruchstücke mittels Agarose-Gelelektrophorese. DNA-Proben von drei
fiktiven Verdachtspersonen sowie eine am „Tatort“ gefundene DNA-Probe
werden mit Restriktionsenzymen behandelt und anschließend einer
Agarose-Gelelektrophorese
unterzogen.
Durch
Vergleich
der
Fragmentmuster wird der „Täter“ ermittelt. Die Methode des
"genetischen Fingerprints" wird wegen ihrer hohen Beweiskraft besonders
bei
der
Vaterschaftsbestimmung
und
der
Aufklärung
von
Sexualstraftaten genutzt.
Versuchsdauer: ca. 3 h
Zielgruppe: SchülerInnen der gymnasialen Oberstufestufe
Spur1: DNA-Marker
Spur2: Täter
Spur3: Verdächtiger 1
Spur4: Verdächtiger 2
Spur5: Verdächtiger 3
Leuchtende Bakterien - Genübertragung mit Plasmiden
Dieser Versuch bringt im wahrsten Sinne Licht in die Technik der
Übertragung und des Anschaltens von Genen: Die SchülerInnen lernen eine
der elementaren Methoden der Gentechnik die genetischen
Transformation von Bakterien – kennen, indem sie das Gen für ein grünfluoreszierendes Protein einer Leuchtqualle auf Darm-Bakterien
(Escherichia coli) übertragen. Im Ergebnis leuchten diese ebenfalls. Der
Versuch veranschaulicht das Prinzip jener Methode, die Gentechniker sich
zunutze machen, um Bakterien zum Beispiel menschliches Insulin
produzieren zu lassen.
Versuchsdauer: ca. 3,5 - 4 h
Zielgruppe: SchülerInnen der gymnasialen Oberstufestufe
Links:
transformierte
Bakterien vor (unten)
und nach (oben)
Anschalten der
Genexpression
Rechts:
nicht-transformierte
Kontrollbakterien
Proteinreinigung aus rekombinanten Bakterien
In diesem Versuch können die SchülerInnen GFP (Grün Fluoreszierendes
Protein, siehe Versuch „Leuchtende Bakterien“) aus rekombinanten
Bakterien (Escherichia coli) reinigen. Dabei führen die SchülerInnen
zunächste eine enzymatische Lyse der Bakterien durch, trennen
anschließend
Zelltrümmer
und
unlösliche
Bestandteile
mittels
Zentrifugation ab und reinigen schließlich das GFP über HydrophobeInteraktions-Chromatographie (HIC). Von der HIC-Säule eluieren sie
konzentriertes GFP, das unter UV-Licht eine starke Fluoreszenz zeigt.
Dieser Versuch soll den SchülerInnen in Grundzügen vermitteln, wie man
aus einem gezielt genetisch veränderten Organismus ein Protein in großer
Menge isolieren kann. Diese Technik ist mittlerweile sowohl in der
Grundlagenforschung als auch in der Industrie von herausragender
Bedeutung.
Versuchsdauer: ca. 3,5 h
Zielgruppe: SchülerInnen der gymnasialen Oberstufestufe
Konzentriertes GFP unter UV-Licht
Plasmide als Genfähren
In diesem Versuch haben die SchülerInnen die Aufgabe, DNA aus
genetisch modifizierten Bakterien zu isolieren. Diese Bakterien tragen
zusätzlich zu ihrer genomischen DNA noch ein Plasmid in sich, das ihnen
die Fähigkeit vermittelt, unter UV-Licht grün zu leuchten (siehe Versuch
„Leuchtende Bakterien“). Nachdem die SchülerInnen die Plasmid-DNA
gereingt haben, schneiden sie diese mit Restriktionsenzymen und trennen
die entstandenen DNA-Fragmente mittels Agarose-Gelelektrophorese. In
der Laborpraxis dient diese Technik dazu, einen Hinweis auf die Identität
eines Plasmides zu erhalten, bevor diese entgültig durch eine DNASequenzierung nach der Sanger Methode bestätigt wird.
Versuchsdauer: ca. 3,5 h
Zielgruppe: SchülerInnen der gymnasialen Oberstufestufe
Mini Säulen mit
Anionenaustauschermaterial zur
Aufreinigung von Plasmid DNA
Vor der Zentrifuge:
Bakterienkultur