Mach-mit-Labor. Biochemie Prof. Rita Bernhardt

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1 Mach-mit-Labor Biochemie Prof. Rita Bernhardt

2 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

3 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: Kontakt: Universität des Saarlandes Frau Dipl. Biol. Kerstin M. Ewen Campus, Geb. B2.2, 3. OG Postfach D Saarbrücken Tel: +49-(0) Vertretung: Herr Dipl. Biol. Simon Janocha Campus, Geb. B2.2, 3. OG Postfach D Saarbrücken Tel: +49-(0)

4 Erbsubstanz zum Anfasssen - Isolierung von DNA aus Tomaten Hier erfahren die SchülerInnen, dass Erbsubstanz nicht nur in "Gen- Food" 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

5 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 Genomische DNA

6 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 DNA- Bruchstücke 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 Spur1: DNA-Marker Spur2: Täter Spur3: Verdächtiger 1 Spur4: Verdächtiger 2 Spur5: Verdächtiger 3

7 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 Links: transformierte Bakterien vor (unten) und nach (oben) Anschalten der Genexpression Rechts: nicht-transformierte Kontrollbakterien

8 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 Hydrophobe- Interaktions-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 Konzentriertes GFP unter UV-Licht

9 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 DNA- Sequenzierung nach der Sanger Methode bestätigt wird. Versuchsdauer: ca. 3,5 h Mini Säulen mit Anionenaustauschermaterial zur Aufreinigung von Plasmid DNA Vor der Zentrifuge: Bakterienkultur

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