Bio Lks zu Gast im Genlabor der Fresenius-Hochschule

Am Donnerstag, den 2.2.2023 war es so weit, ausgewählte Schülerinnen und Schüler der Biologie Leistungskurse Q1 der PSI hatten in Begleitung von Herrn Kappesser die Möglichkeit das spannende, im Unterricht erworbene Wissen über molekulargenetische Methoden, an der Fresenius-Hochschule unter der Leitung von Frau Dr. Leßing  praktisch umzusetzen.

         

Dabei standen zwei zentrale gentechnische Verfahren im Mittelpunkt.

Zunächst die Untersuchung eines schon seit vielen Jahren in der Gentechnik eingesetzten Plasmidvektors mittels Restriktionsanalyse.  Diese Plasmidvektoren spielen beim Einbringen fremder Gene in Bakterienzellen eine zentrale Rolle.

In der ausführlichen und gründlichen Einführung zum Arbeiten in Sicherheitslabors zu Beginn des Praktikums, wurde von Frau Dr. Leßing aber klar darauf hingewiesen, dass der Gentransfer im Labor der Sicherheitsstufe 1, in dem die Schülerversuche stattfanden, jedoch nicht erfolgen darf.

Nicht weniger spannend war es aber für die Schülerinnen und Schüler, beim Schneiden der Plasmide mit Restriktionsenzymen und der anschließenden Auftrennung und Größenbestimmung der Plasmidfragmente durch Elektrophorese den Umgang mit dem „Grund-Handwerkszeug“ der Molekulargenetiker zu erlernen. Dazu gehören vor allem sogenannte Eppendorf-Pipetten, mit denen man Volumina in der Größenordnung von  0,001 ml übertragen kann. Da wurde schnell klar, dass man in der Gentechnik nur mit äußerster Konzentration und Fingerspitzengefühl zum Ziel kommen kann.

Nach den ersten zügigen Arbeitsschritten zur Restriktionsanalyse, folgte dann das Gießen der Agarosegele für die folgende elektrophoretische Auftrennung der Plasmidfragmente.

Diese Arbeitsschritte sind mit  Wartezeiten verbunden, die im Labor natürlich nicht vertrödelt werden. Entweder man startet parallel mit dem Folgeversuch oder man macht die nötige Mittagspause.

Tatsächlich kamen die Schülerinnen und Schüler während der Erstarrungsphase ihrer Elektrophoresegele und des noch nicht abgeschlossenen Restriktionsverdaus zur Vorbereitung des zweiten Versuchs.

Hierbei lernten die Schülerinnen und Schüler eines der high-end Verfahren der modernen Gentechnologie kennen, die sogenannte real-time PCR. Während die PCR-Analyse bereits seit den 1990er Jahren zur Vervielfältigung von Genomabschnitten oder bakterieller bzw. viraler DNA zum Einsatz kommt, ermöglicht die real-time PCR durch geschickte Kombination von Hybridisierungstechnik, fluoreszierenden Sonden und der PCR die genaue Analyse von sogenannten Punktmutationen noch während des PCR-Verlaufs selbst. Solche Punktmutationen können für Krankheiten verantwortlich sein, auf der Basis von Massendatenerhebung aber auch zur regionalen Einordnung eines Menschen dienen oder schlichtweg ohne funktionelle Bedeutung sein und lediglich zur Identifizierung eines Individuums herangezogen werden.  Tatsächlich haben die Schüler*innen ihre eigene DNA aus einem Mundschleimhautabstrich analysiert. Frau Dr. Leßing hat betont, dass es im Rahmen der Analyse eigener DNA äußerst problematisch und daher auch verboten ist, Krankheitsallele (wie z.B. Laktoseintoleranz)  nachzuweisen, so dass im Praktikum ein SNP-Nachweis auf Chromosom 17(p11.2) erfolgte, der bei der Bevölkerung verschiedener Kontinente statistisch signifikante  Abweichungen zeigt.

Dabei lernten die Schüler*innen wie ein PCR-Ansatz pipettiert wird, und  wie man mit Hilfsgeräten winzige Volumina von 0,01 ml in die Glaskapillaren eines PCR-Thermocyclers, der mit einem Fluoreszenz-Fotometer jeden Vervielfältigungsschritt misst, pipettiert.

Ergebnis der Restriktionsanalyse von pUC19 mit BglI

 

Nach der Mittagspause waren dann beide Experimente so weit beendet, dass Sie ausgewertet werden konnten. Besonders spannend war natürlich das Warten auf die Ergebnisse der Analyse der eigenen DNA. Obwohl das Ergebnis definitiv keine gesundheitlichen Konsequenzen hat, war die Faszination darüber, nun an einer Stelle im Genom eine konkrete Aussage über die eigene DNA zu haben, groß und die Brisanz und  Sensibilität dieser Diagnostik in anderen Anwendungsbereichen wie z.B in der Medizin oder Forensik wurde hautnah erfahrbar.

Ergebnisse der realt-time PCR Analyse des SNP der Kursteilnehmerinnen und -teilnehmer.

Auch die vorher genau berechneten Ergebnisse der Palsmidanalyse hat Frau Dr. Leßing in ihrer sehr den Schülerinnen und Schülern zugewandten Art, ausführlich, anschaulich und geduldig mit uns ausgewertet und diskutiert.

Wir bedanken uns  für das Engagement der Fresenius-Hochschule, und insbesondere bei Frau Dr. Leßing für das toll geplante Praktikum und hoffen, dass auch  zukünftigen LK-Schülerinnen und Schüler die Türen zu diesem Erlebnis offen stehen.   

 

Rolf Kappesser (verantwortliche Lehrkraft)